1. előadás (biokémia) - 2018. augusztus 7. - személyes oldal

A biokémia fő feladata, hogy teljes molekuláris szintű megértést érjen el a sejtek aktivitásával kapcsolatos összes kémiai folyamat természetében. A probléma megoldásához a sejtek közül számos olyan vegyületet kell kiválasztani, amelyek ott vannak, meghatározták szerkezetüket és meghatározzák funkcióikat.

1.1.2. A biokémia és az orvostudomány között széleskörű kommunikáció áll rendelkezésre. A biokémiai kutatásoknak köszönhetően számos betegséggel kapcsolatos kérdésre válaszolhattak. Például:

Másrészt az egyes betegségek okainak és fejlődési irányának tanulmányozása új biokémiai területek létrehozásához vezetett:

• az angol orvos Archibald Garrod észrevételei a veleszületett anyagcsere-rendellenességekben szenvedő betegek számára ösztönözte az anyagcsere-utak vizsgálatát, amelyek megsértése ilyen körülmények között fordul elő.
• tanulmány a biokémiai folyamatok betegeknél familiáris hiperkoleszterinémia, kialakulásához vezető súlyos atheroszklerózis korai életkorban, hozzájárult ahhoz, hogy adatokat szerezzen a sejt-receptorok és mechanizmusai koleszterin felszívódását a sejtek.
• A rosszindulatú tumorsejtek anyagcseréjének intenzív vizsgálata érdeklődést keltett a sejtek növekedésének és sokszorozásának szabályozására szolgáló molekuláris mechanizmusokban.

Tanfolyamunk tanulmányozása során további példákat mutat be a biokémia és az orvostudomány közötti szoros kölcsönhatásról.

Az aminosavak szerkezete, tulajdonságai és osztályozása. Színreakció az aminosavakra. Az aminosavak elválasztása papírkromatográfiával.

1.2.1. A vizsgálat fő célja a metabolizmus - az összes kémiai reakció összesített a sejtben. Mindezeket a reakciókat, kis kivétellel, speciális fehérjék, enzimek katalizálják. Annak érdekében, hogy megértsük az anyagcsere-reakciók mechanizmusát, lehetetlen az enzimek működésének sajátosságairól, szabályozásuk mechanizmusairól. Az enzimek tulajdonsága és hatásmechanizmusa kémiai természetüknek köszönhető. Ezért a biokémia tanfolyamának tanulmányozása hagyományosan megkezdődik a fehérjék szerkezetének és működésének áttekintésével.

1.2.2. Amint az a szerves kémia folyamatából ismeretes, valamennyi fehérje monomerekből - a-aminosavakból áll, amelyek általános képleteik:

ahol R jelentése egy gyök vagy egy oldallánc.

A fehérjéket alkotó aminosavak esetében a következő közös tulajdonságok jellemzőek:

• mindegyikük a-aminosav. A szervezetben vannak olyan aminosavak is, amelyeknek a gyökök eltérő elrendezése van, de nem részei a fehérjéknek;
• mivel minden aminosav (glicin kivételével) α-szénatom, amelyhez négy különböző szubsztituens, akkor ez az atom aszimmetrikus és aminosavak optikai aktivitás (a képesség, hogy forgassa el a polarizált fény síkját az egyik vagy másik irányba);
• Az aszimmetrikus szénatomot tartalmazó aminosavak az L-sztereokémiai sorozathoz tartoznak. A testfehérjékben nincsenek aminosavak D-izomerjei;
• Semleges vizes oldatokban az aminosavak bipoláris ionok (zwitter ionok) formájában, és mind a savas, mind az alap tulajdonságokkal rendelkeznek.

Az egyes aminosavak egyedi tulajdonságait a radikális szerkezet határozza meg. Ismételjük meg a 20 fehérje aminosav formulait (1.1. Ábra) és azok rövidítéseit (1.1. Táblázat).

1.1. Ábra. Az aminosavak képletei.

1.2.3. A fehérje aminosavak a radikális polaritásuk alapján osztályozhatók. Ezek a következő csoportokra bonthatók: (1.2. Ábra).

1.2. Ábra. Az aminosavak osztályozása a gyökök polaritása alapján.

Megjegyezzük, hogy a poláris (töltött és töltés nélküli) gyökök hidrogénkötéseken keresztül kölcsönhatásba léphetnek a vízmolekulákkal. Ezért hidrofilek. A nem poláris gyökök nem kölcsönhatásba lépnek a vízmolekulákkal, hidrofób jellegűek.

Ugyanakkor a nem poláros aminosav-csoportok nagyobb affinitással rendelkeznek a szerves oldószerek (hexán, kloroform stb.), És az ilyen oldószerekben a poláris gyököknek felszabaduló aminosavak rosszabbak.

1.2.4. Az aminosavak biológiai osztályozása is létezik. amely lehetővé teszi a test szintézisének lehetőségét. Az összes aminosav felcserélhető (a szervezetben szintetizálható) és pótolhatatlan vagy lényeges (a szervezetben nem szintetizálódnak, és táplálékkal kell rendelkezniük).

Miért van csak 20 aminosav, nem több? Végtére is, a genetikai kód lehetőségei lehetővé teszik számának háromszoros növelését! Nyilvánvaló, hogy a rendelkezésre álló aminosavak elegendőek ahhoz, hogy a gyökök (hidrofób, hidrofil, töltés jelenléte stb.) Kívánt tulajdonságait és reaktivitását biztosítsák. Ha szükséges, akkor további aminosav-fajták keletkeznek a már a fehérjeben lévő standard aminosavak egy részének (pl. A hidroxiprolin kollagénfehérjéből származó prolinból képződik) átalakításával.

1.2.5. Az a-aminocsoportokat tartalmazó aminosavak kimutatására ninhidrin reakciót alkalmazunk. Ninhidrin jelenlétében történő melegítéskor az aminosavak és peptidek a-aminocsoportjainak oxidatív deaminációja megy végbe, majd a ninhidrinmolekula helyreáll. A helyreállított ninhidrin reakcióba lép az ammóniával és egy másik oxidált ninhidrin molekulával, ami kék vagy kék-ibolya színű színes komplexet eredményez:

A kísérlet előrehaladása 5 csepp alfa-alanin oldathoz adjunk hozzá 2 csepp 0,5% -os vizes ninhidrin oldatot, és forraljuk 1-2 percig. A kémcsőben rózsaszín-ibolyaszín festés jelenik meg, és idővel az oldat kékre változik.

A ninhidrin reakciót széles körben alkalmazzák az aminosavak papíron végzett kromatográfiás elválasztására és az aminosavak mennyiségi meghatározására.

Az aminosavak keverékének kromatográfiás elválasztására szolgáló módszer a vízben és a szerves oldószerekben az aminosavak különféle oldhatóságaival (1.3. Ábra) alapul.

1.3 ábra. Az aminosavak kromatográfiája papírra

Az aminosavak keverékét tartalmazó oldat cseppjét olyan szűrőpapír szalagra viszik fel, amely nagy mennyiségű vizet képes megtartani (állófázis). A szalag végét egy speciálisan kiválasztott szerves oldószerre (mobil fázisra) csökkentjük. Az oldószer egy papírszalagra emelkedik, és hordozza a papíron levő aminosavakat. Az aminosavak mozgási sebességét az oldhatóságuk határozza meg. Minél nagyobb az aminosav vízben való oldhatósága, és annál alacsonyabb oldhatósága a szerves oldószerben, annál lassabban mozog az aminosav a mozgó fázis után, és fordítva.

A kromatográfia végén az egyes a-aminosavak elhelyezése a szűrőpapíron ninhidrin teszttel kimutatható.

1.3.1. Az azonos vagy különböző aminosavak két molekulája kovalensen kötődhet egymáshoz egy szubsztituált amidkötéssel, amelyet peptidkötésnek neveznek. A peptidkötést az egyik aminosav a-karboxil-csoportjából származó -OH csoport és a másik aminosav a-amino-csoportjából származó hidrogénatom hasításával állítjuk elő. A peptidegység merev szerkezetű. Mind a négy atom egy síkban helyezkedik el, és az NH csoport hidrogénje a karbonilcsoport oxigénjéhez viszonyítva transzpozíciót foglal el. A szén- és nitrogénatomok közötti kötés részben kettős kötés, és ennek a kapcsolatoknak a forgása nehéz. Ugyanakkor a peptidegység mindkét oldalán nagyfokú forgási szabadság van a C-Ca és Ca-N kötésekhez képest.

1.3.2. Az aminosavak peptidkötésekkel képesek polipeptidláncokat létrehozni. A polipeptidláncban levő aminosavak szekvenciáját a protein primer struktúrájának nevezik. A peptidek kis számú aminosav egységben különböznek a fehérjéktől. Így a peptidkötést tartalmazó két aminosav kölcsönhatásának terméke dipeptidnek, három aminosav tripeptidnek, négy tetrapeptidnek stb. Az emberi szervezetben peptidek alakulnak ki rendszerint a fehérjék részleges hidrolízisével. Ezen peptidek közül soknak nagy a biológiai aktivitása, például a vazopresszin, az oxitocin, a bradykinin, a tioleoliberin. enkefalinok.

A peptid vagy fehérje aminosav egységeit aminosavmaradékoknak nevezzük. A szabad a-aminocsoportot tartalmazó aminosav N-terminálisnak nevezzük, és a szabad karboxilcsoportot tartalmazó maradék C-terminális. A peptidek szerkezeti képleteit feljegyezzük és olvassuk az N-terminálisból. A polipeptidet alkotó összes aminosavmaradék (a C-terminális kivételével) az -in helyett a -il helyett véget ér. A polipeptidláncok aminosavainak megjelöléséhez három betűs rövidítést használnak a hazai irodalomban (1.1. Táblázat).

1. ábra Példa egy peptidre.

1.3.3. Tanulja meg, hogyan kell írni a peptidek szerkezeti képletét. Ne feledje, hogy a peptideket írják és olvassák az N-terminusból. Először a peptid gerinc szerkezetét írja le, például:

a tetrapeptid számára
és így tovább.

Ezután az a-szénatomokhoz oldószereket adunk, például a fenil-lfenil-tripeptidet a következőképpen jegyezzük fel:

Bizonyos nehézségeket a prolinmaradványokat tartalmazó peptidek írása okoz. Ebben az esetben figyelembe kell venni, hogy a prolingyök nem csak az a-szénatomhoz kapcsolódik, hanem az a-aminocsoportban lévő hidrogénatomot is helyettesítheti. Például a peptid tre-gly-pro-t az alábbiak szerint jegyezzük fel:

1.3.4. Tanuld meg, hogy adjon nevet a peptideknek. Ne felejtsük el, hogy a polipeptidet alkotó összes aminosav-maradék (a C-terminális kivételével) az -in helyett a -il helyett (1.1. Táblázat). Megjegyezzük, hogy bizonyos aminosavak maradványainak nevei nem általános szabályként alakulnak ki.

1.3.1. Az azonos vagy különböző aminosavak két molekulája kovalensen kötődhet egymáshoz egy szubsztituált amidkötéssel, amelyet peptidkötésnek neveznek. A peptidkötést az egyik aminosav a-karboxil-csoportjából származó -OH csoport és a másik aminosav a-amino-csoportjából származó hidrogénatom hasításával állítjuk elő. A peptidegység merev szerkezetű. Mind a négy atom egy síkban helyezkedik el, és az NH csoport hidrogénje a karbonilcsoport oxigénjéhez viszonyítva transzpozíciót foglal el. A szén- és nitrogénatomok közötti kötés részben kettős kötés, és ennek a kapcsolatoknak a forgása nehéz. Ugyanakkor a peptidegység mindkét oldalán nagyfokú forgási szabadság van a C-Ca és Ca-N kötésekhez képest.

1.3.2. Az aminosavak peptidkötésekkel képesek polipeptidláncokat létrehozni. A polipeptidláncban levő aminosavak szekvenciáját a protein primer struktúrájának nevezik. A peptidek kis számú aminosav egységben különböznek a fehérjéktől. Így a peptidkötést tartalmazó két aminosav kölcsönhatásának terméke dipeptidnek, három aminosav tripeptidnek, négy tetrapeptidnek stb. Az emberi szervezetben peptidek alakulnak ki rendszerint a fehérjék részleges hidrolízisével. Ezen peptidek közül soknak nagy a biológiai aktivitása, például a vazopresszin, az oxitocin, a bradykinin, a tioleoliberin. enkefalinok.

A peptid vagy fehérje aminosav egységeit aminosavmaradékoknak nevezzük. A szabad a-aminocsoportot tartalmazó aminosav N-terminálisnak nevezzük, és a szabad karboxilcsoportot tartalmazó maradék C-terminális. A peptidek szerkezeti képleteit feljegyezzük és olvassuk az N-terminálisból. A polipeptidet alkotó összes aminosavmaradék (a C-terminális kivételével) az -in helyett a -il helyett véget ér. A polipeptidláncok aminosavainak megjelöléséhez három betűs rövidítést használnak a hazai irodalomban (1.1. Táblázat).

1. ábra Példa egy peptidre.

1.3.3. Tanulja meg, hogyan kell írni a peptidek szerkezeti képletét. Ne feledje, hogy a peptideket írják és olvassák az N-terminusból. Először a peptid gerinc szerkezetét írja le, például:

a tetrapeptid számára
és így tovább.

Ezután az a-szénatomokhoz oldószereket adunk, például a fenil-lfenil-tripeptidet a következőképpen jegyezzük fel:

Bizonyos nehézségeket a prolinmaradványokat tartalmazó peptidek írása okoz. Ebben az esetben figyelembe kell venni, hogy a prolingyök nem csak az a-szénatomhoz kapcsolódik, hanem az a-aminocsoportban lévő hidrogénatomot is helyettesítheti. Például a peptid tre-gly-pro-t az alábbiak szerint jegyezzük fel:

1.3.4. Tanuld meg, hogy adjon nevet a peptideknek. Ne felejtsük el, hogy a polipeptidet alkotó összes aminosav-maradék (a C-terminális kivételével) az -in helyett a -il helyett (1.1. Táblázat). Megjegyezzük, hogy bizonyos aminosavak maradványainak nevei nem általános szabályként alakulnak ki.

1.5.1. Feladatok.

1. Triptofán és lizint tartalmazó aminosavak keveréke. papírkromatográfiával választottuk le. Az alábbi aminosavak közül melyik a kromatogram megnyilvánulása után lesz a legtávolabb a kiindulási ponttól?

2. A fehérje peptidek részleges hidrolízisével a következőket nyerjük: a) tir-ser-arg-asp és b) met-pro-asp-lei. Melyik ezek közül a peptidek jobban oldódnak vízben?

3. Mely közegben (savas, lúgos, semleges) a peptidek izoelektromos pontja: a) ala-val-lys-fen; b) cisz-glu-tri-met

4. Milyen irányban (a katódhoz, az anódhoz) a 7,0 pH-értékű elektromos mezőben mozoghat: a) arg-gly-ala-val; b) leu-asp-glu-tir

5. 9 aminosavmaradékot tartalmazó peptidet kétféleképpen hidrolizáltak. A következő peptidcsoportokat találtam a hidrolizátumokban:

Határozzuk meg a szülő peptid aminosavszekvenciáját.

1.5.2. A döntés standardjai.

1. A triptofán távolabb lesz a kiindulási ponttól, mivel ez az aminosav egy hidrofób gyököt tartalmaz és szerves oldószerben - mobil fázisban jobban oldódik papírkromatográfiával (lásd 1.2).

2. A tir-ser-arg-asp peptidben a négy aminosavmaradék hidrofil; a met-pro-asp-lei peptidje egy hidrofil és két hidrofób aminosav-maradékot tartalmaz. Ezért az első peptid jobban oldódik a vízben (lásd 1.4).

3. a) Az ala-val-lys-fen peptid pozitív töltésű aminosavat tartalmaz; következésképpen a peptid izoelektromos pontja a lúgos közegben van;

b) A cisz-glu-tri-met-peptid negatív töltésű aminosavat tartalmaz, így ennek a peptidnek az izoelektromos pontja savas közegben van (lásd 1.4).

4. a) Az arg-gly-ala-val peptid összetétele egy pozitív töltésű gyököt tartalmaz, ezért egy 7,8 pH-értékű elektromos mezőben ez a peptid a katódra költözik;

b) A leu-asp-glutiszta peptid két negatív töltésű aminosav-maradékból áll. Így ez a pepiid egy elektromos mezőben az anódra költözik (lásd 1.4).

5. A probléma megoldásához az első peptidkészletben meg kell találni azokat, amelyekben az aminosavak szekvenciája részben egybeesik a második csoport peptidjeiben levő aminosavszekvenciával. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk, mely peptidkötések vannak a szülőpeptidben hidrolizálva. Így az első csoportban vannak pro-tre-gis és asp-ser-cis peptidek; a második csoportban - peptid cisz-pro-tre. Következésképpen a szülőpeptidben a cisz- és pro-aminosavak között kötés volt, és tartalmazta az asp-sery-cisz-pro-piaci fragmentumot. A peptidek második csoportjában van egy dipeptid gigit, az első esetben ezek az aminosavak a különböző tripeptidek részei. Ezért a kezdeti peptidben ezeknek az aminosavaknak a kötődése volt, és az alábbi szerkezete volt: asp-sery-cis-pro-tre-gis-tiir-gly-arg.