Informatie

Aminozuren - Biologie


Aminozuren zijn de basisbouwstenen van eiwitten. Er zijn twintig natuurlijk voorkomende aminozuren en ze worden allemaal gekenmerkt door een animegroep, een carbonzuurgroep en een unieke zijketen (of R-groep) die elk zijn specifieke eigenschappen geeft.

Invoering

De α-koolstof van een aminozuur is chiraal, dus elk heeft L- en D-isomeren. Alle eiwitaminozuren bestaan ​​echter alleen in hun L-vorm. Terwijl de figuur links de juiste functionele groepen weergeeft, worden aminozuren gewoonlijk geschreven in hun "zwitterionische" vorm, waarbij de aminegroep wordt geprotoneerd en de carboxylgroep wordt gedeprotoneerd vanwege de pH-waarde van de meeste lichaamsvloeistoffen.

Kenmerken

Aminozuren zijn amfoteer, wat betekent dat ze zure en basische neigingen hebben. De carboxylgroep kan een proton verliezen en de aminegroep kan een proton opnemen. Aminozuren hebben ook een ionisch karakter en gedragen zich als amfolyten, wat betekent dat ze naar hun iso-elektrische punten gaan wanneer ze in een pH-gradiënt onder een elektrisch veld worden geplaatst.

Peptide-obligaties

Aminozuren verbinden zich met elkaar door peptidebindingen te vormen waarbij de amino- en carboxylgroepen betrokken zijn. Deze bindingen zijn het resultaat van een dehydratatiereactie en zijn vlak en gedeeltelijk ionisch vanwege hun resonantiehybriden.

Lijst met aminozuren

Glycine en alanine zijn de eenvoudigste aminozuren. Ze zijn apolair en neutraal. Glycine is hydrofiel en alanine is hydrofoob.

Glycine, Gly, GAlanine, Ala, A

Valine, leucine, isoleucine, methionine en proline zijn niet-polair, neutraal en alifatisch. Ze zijn allemaal hydrofoob, behalve proline.

Valine, Val, VLeucine, Leu, LIsoleucine, Ile, IMethionine, Met, MProline, Pro, P

Fenylalanine en tryptofaan zijn niet-polair, neutraal en aromatisch. Fenylalanine is hydrofoob en tryptofaan is hydrofiel.

Fenylalanine, Phe, FTryptofaan, Trp, W

Serine, threonine, tyrosine, asparagine en glutamine zijn polair en neutraal. Ze zijn allemaal hydrofiel.

Serine, Ser, SThreonine, Thr, TTyrosine, Tyr, YAsparagine, Asn, NGlutamine, Gln, Q

Cysteïne is neutraal, niet-polair en hydrofoob.

Lysine, arginine en histidine zijn polair, positief geladen en hydrofiel.

Lysine, Lys, KArginine, Arg, RHistidine, His, H

Aspartaat en glutamaat zijn polair, negatief geladen en hydrofiel.

Aspartaat, Asp, DGlutamaat, Glu, E

AP Biologie: Aminozuren begrijpen

Een puntmutatie tijdens translatie zou hoogstwaarschijnlijk welke van de volgende aminozuren bevatten?

Het hangt af van het nieuw gemaakte codon

Het hangt af van het nieuw gemaakte codon

Het effect van een puntmutatie is niet afhankelijk van het aminozuur - de selectie van het aminozuur is volledig onafhankelijk van zijn structuur. De aminozuurselectie tijdens translatie hangt alleen af ​​van het codon van drie basenparen dat door het ribosoom wordt gelezen. Het startcodon, AUG, werft bijvoorbeeld methionine aan. Als een frameshift-mutatie in plaats daarvan leidt tot UGG als het codon, zou tryptofaan worden gerekruteerd. Geen enkel aminozuur is waarschijnlijker ingebouwd na een puntmutatie.

Voorbeeldvraag #1: Aminozuren begrijpen

Aminozuren worden gecodeerd door mRNA-sequenties met drie basen die codons worden genoemd. Hoewel er 64 mogelijke combinaties van drie basen zijn, bevat het lichaam slechts 22 standaard aminozuren. Welk genetisch concept verklaart dit feit?

De genetische code is gedegenereerd

De overige combinaties coderen voor start- of stopcodons

Evolutie heeft die aminozuren verwijderd waarvan men dacht dat ze ongunstig zijn voor de fitheid van een organisme

Deze verklaring is onjuist, het menselijk lichaam bevat 64 verschillende aminozuren

De overige combinaties coderen voor niet-eiwit macromoleculen zoals lipiden en koolhydraten

De genetische code is gedegenereerd

De degeneratie van de genetische code is een belangrijk concept met betrekking tot eiwitsynthese. Dit concept stelt dat elk codon codeert voor een enkel aminozuur, maar dat een aminozuur meer dan één codon kan hebben. Als elk codon met drie basen overeenkomt met een ander aminozuur, zouden 64 aminozuren in het lichaam worden geproduceerd. In plaats daarvan worden de meeste aminozuren gecodeerd door meerdere codons, bijvoorbeeld lysine komt overeen met zowel AAA als AAG. Dit concept is vooral belangrijk met betrekking tot mutaties. Als een AAA-codon een puntmutatie ondergaat om een ​​AAG-codon te worden, wordt hetzelfde aminozuur geproduceerd en blijft het organisme ongedeerd.

Voorbeeldvraag #31: Eiwitten

Wat zijn de componenten van een aminozuur?

Een "R" -groep, een amine, een carbonzuur en een sulfhydrylgroep

Een "R" -groep, een amine, een carbonzuur en een waterstofatoom

Een "R" -groep, een amine en een waterstofatoom

Een "R" -groep, een amine, een carbonzuur en een methylgroep

Een "R" -groep, een amine, een carbonzuur en een waterstofatoom

Aminozuren bestaan ​​uit een amine, een carbonzuur, een waterstofatoom en een zijketen (vaak eenvoudigweg een "R-groep" genoemd). Verschillen tussen deze zijketens onderscheiden aminozuren van elkaar. Deze vier componenten zijn gebonden aan een centraal koolstofatoom, waardoor elk aminozuur een stereocentrum krijgt. Aminozuren vormen peptidebindingen door condensatiereacties tussen de carboxylgroep van het ene residu en de aminogroep van het andere.

Voorbeeldvraag #32: Eiwitten

Welk type bindingen worden gebruikt om aminozuren aan een keten te koppelen?

Peptidebindingen zijn de unieke vorm van covalente bindingen die aminozuren bij elkaar houden. Deze bindingen worden gevormd wanneer het carbonzuur van het ene aminozuur reageert met de aminogroep van een ander aminozuur. Het resultaat is een peptidepolymeer, bekend als een polypeptide, en een watermolecuul.

Glycosidische bindingen worden gezien in suikers en worden gebruikt om monosachariden te binden. Waterstof- en ionische bindingen zijn meer algemene intermoleculaire krachten. Waterstofbinding helpt bij het vormen van de secundaire en tertiaire structuur van eiwitten, maar helpt niet bij de vorming van een aminozuurketen.

Voorbeeldvraag #2: Aminozuren begrijpen

Wat is een overeenkomst tussen alle aminozuren in het lichaam?

Ze worden allemaal gebruikt in elk eiwit in het lichaam

Alle bevatten amino- en carboxylgroepen

Alles kan worden gebruikt als het eerste aminozuur in een eiwitstructuur

Ze passen allemaal in de alfa-helixstructuur

Alle bevatten amino- en carboxylgroepen

De aminozuren, zoals aangegeven door de naam, bevatten amino- en carboxylgroepen. Elk aminozuur heeft de aminegroep verbonden met een centraal koolstofatoom, dat vervolgens is verbonden met een carboxylgroep.

Aminozuren kunnen R-groepen op het centrale koolstofatoom bevatten en alle aminozuren hebben een specifieke R-groep, behalve glycine, dat het eenvoudigste aminozuur is. Glycine is gebonden aan een extra waterstofatoom in plaats van een R-groep. Alleen methionine kan een eiwitstructuur starten methionine wordt gecodeerd door het startcodon op een mRNA-sequentie. Sommige aminozuren zijn in staat om alfa-helices te vormen, terwijl andere in staat zijn om alfa-helices te verstoren en te breken. Proline verstoort bijvoorbeeld vaak deze secundaire structuur. Elk eiwit wordt gecodeerd door een specifieke volgorde van aminozuren, niet alle eiwitten zullen elk aminozuur bevatten.

Voorbeeldvraag #32: Eiwitten

De genetische code bestaat uit drie basenparen per codon en maakt 64 unieke aminozuurcombinaties mogelijk. Als de genetische code in plaats daarvan vier basenparen per codon zou bevatten, wat zou dan het maximale aantal aminozuren zijn dat uit deze code zou kunnen worden gevormd?

Het aantal codons kan worden gevonden door het aantal stikstofbasen te verhogen tot de macht van de codonlengte. In de genetische code zijn er vier basen en codons zijn drie basen lang.

Als codons vier basen lang waren, zou het aantal mogelijke basen worden verhoogd tot de vierde macht.

Voorbeeldvraag #1: Aminozuren begrijpen

Welke van de volgende wordt niet gevonden op het centrale koolstofatoom van elk aminozuur?

Al deze zijn te vinden in elk aminozuur

Elk aminozuur heeft een centraal koolstofatoom met een aminoterminus en een carboxylterminus. Er is ook een waterstof bevestigd aan de centrale koolstof. De laatste substituent varieert tussen aminozuren en bepaalt hoe het specifieke aminozuur in eiwitten zal worden gebruikt. Deze variabele groep staat bekend als de "R-groep". Slechts één aminozuur, alanine, heeft een methylgroep bevestigd op de "R-groep" positie.

Voorbeeldvraag #31: Eiwitten

Welke van de volgende keuzes karakteriseert het beste de primaire componenten van een aminozuur?

Aminegroep, alcoholgroep en variabele zijketen

Carbonzuurgroep, alcoholgroep en citroenzuurgroep

Aminegroep, carbonzuurgroep en variabele zijketen

Aminegroep, citroenzuurgroep en variabele zijketen

Aminegroep, carbonzuurgroep en variabele zijketen

Aminozuren zijn verbindingen die eiwitten en polypeptideketens vormen. Ze bestaan ​​uit een aminegroep, een carbonzuurgroep en een variabele zijketen. De aminegroep wordt de "N-terminus" genoemd en de carbonzuurgroep wordt de "C-terminus" genoemd. Het N-uiteinde van het ene aminozuur en het C-uiteinde van een ander aminozuur kunnen door een condensatiereactie een peptidebinding vormen.

Voorbeeldvraag #31: Eiwitten

Een aminozuur bevat typisch welke van de volgende functionele groepen?

Carbonzuur en amine

Carbonzuur en aldehyde

Carbonzuur en alcohol

Carbonzuur en amine

Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. De algemene structuur van een aminozuur bestaat uit een carbonzuur en een aminegroep gebonden aan een koolstof die bevat. De koolstof bevat een R-groep die varieert afhankelijk van het aminozuur.

Voorbeeldvraag #1: Aminozuren begrijpen

Welke speciale binding wordt gevormd wanneer twee cysteïneresten samenkomen in een eiwit?

Een dipool-dipool interactie

Cysteïne is een aminozuur dat een sulfhydrylgroep bevat. Wanneer twee sulfhydrylgroepen samenkomen en geoxideerd worden, vormen ze een binding, die een disulfidebinding of een disulfidebrug wordt genoemd.

Alle bronnen van AP Biologie

Een probleem met deze vraag melden

Als je een probleem met deze vraag hebt gevonden, laat het ons dan weten. Met de hulp van de gemeenschap kunnen we onze leermiddelen blijven verbeteren.


Lezing 3: Structuren van aminozuren, peptiden en eiwitten

Na het afronden van de lezing over lipiden, gaat professor Imperiali verder met het bespreken van aminozuren, peptiden en eiwitten.

Instructeur: Barbara Imperiali

Lezing 1: Welkom Introdu.

College 2: Chemische binding.

College 3: Structuren van Am.

Lezing 4: Enzymen en Meta.

College 5: Koolhydraten an.

Lezing 9: Chromatine Remode.

Lezing 11: Cellen, The Simpl.

College 16: Recombinant DNA.

Lezing 17: Genomen en DNA.

Lezing 18: SNP's en Human .

College 19: Cell Traffickin.

College 20: Celsignalering .

College 21: Celsignalering .

Lezing 22: Neuronen, actie.

College 23: Celcyclus en .

Lezing 24: Stamcellen, Apo.

Lezing 27: Visualiseren van Lif.

College 28: Visualiseren van Lif.

Lezing 29: Cell Imaging Te.

Lezing 32: Infectieziekte.

College 33: Bacteriën en An.

College 34: Virussen en mieren.

College 35: Reproductieve Cl.

PROFESSOR: Het wordt een geweldige lezing vandaag. Het gaat over eiwitten. Ik ben dol op eiwitten. Vergeet de hand-out niet, ja. Oké, dus ik ga de lezing die we op vrijdag hielden even afronden, want er waren een paar dingen die ik wilde noteren, en dan gaan we verder met paragraaf 2.3 over aminozuren, peptiden, en eiwitten.

Nu, in de laatste les, heb ik je kennis laten maken met de lipidische moleculen, en je kunt ze uit een reeks kiezen omdat ze rijk zijn aan koolstof-koolstof- en koolstof-waterstofbindingen. Zoals je hier in deze lijnvormige tekeningen kunt zien, is de meerderheid van veel van deze moleculen koolstof-koolstof of koolstof-waterstof-waterstof. Het zijn moleculen die meestal hydrofoob zijn, dus er zijn hier enkele terminologieën. Oeps.

Hydrofoob, ook wel lipofiel genoemd. Ofwel... je kunt water haten en dol zijn op vetzuur of vetachtige materialen, dus die beide termen zijn synoniem. En sommige van de lipiden zijn wat bekend staat als amfipathisch, en ze bevatten hydrofobe en hydrofobe componenten.

Er zijn een paar kleine termen die ik niet expliciet heb genoemd, dus ik wil gewoon doorgaan en dat nu doen. Bijvoorbeeld, in deze fosfolipidestructuur -- en we zullen erover praten -- hebben ze vetzuren met een lange keten die via esters aan deze glyceroleenheid zijn gebonden, dus er is er een hier en de tweede hier, en dan wat bekend staat als de poolkop groep. In die vetzuren zouden ze volledig verzadigd kunnen zijn. Het betekent dat ze geen dubbele bindingen in de structuur hebben, dus de term verzadigd is gelijk aan geen dubbele bindingen, dus geen dubbele koolstof-koolstofbindingen. Of ze kunnen onverzadigd zijn, waar er een dubbele binding in zit, dus dat zijn een of meer dubbele bindingen.

En die dubbele bindingen nemen een bepaalde vorm aan omdat er geen vrijheid van rotatie is rond dubbele bindingen zoals er rond enkele bindingen is. Dus die enkele bindingen, je kunt ze ronddraaien en ronddraaien, maar de dubbele bindingsgeometrie is vast. En dus dubbele bindingen, we noemen ze ofwel trans, waarbij de twee groepen aan weerszijden zijn, waardoor de dubbele binding overblijft, of we noemen ze cis, waarbij de twee groepen zich aan dezelfde kant bevinden. En we hebben de neiging om dat cis en trans soort naamgevingssysteem ook in veel andere contexten te gebruiken, maar je wilt bijna altijd onthouden dat trans zo ver mogelijk weg is, cis is dichterbij dan trans.

Oké, dus ik neem je mee naar de fosfolipidenstructuur. Dit is een zeer belangrijke semi-permeabele membranen die worden gevormd door de niet-covalente, supramoleculaire associatie van fosfolipidemonomeereenheden. Hier is een monomeereenheid. Je ziet dat het een amfipathische structuur heeft, met veel hydrofobiciteit maar ook hydrofiliciteit, en deze moleculen assembleren tot supramoleculaire structuren die de grenzen van je cellen vormen.

Zeggen dat ze semi-permeabel zijn, vertelt ons een beetje over wat er doorheen kan gaan. Als ze volledig doorlaatbaar waren, zou alles kunnen komen en gaan en zouden ze eerlijk gezegd niet veel nut hebben. Het is alsof je de deur de hele tijd open laat staan. Maar omdat ze semi-permeabel zijn, kunnen er maar een paar dingen komen en gaan zonder extra hulp, en voor andere dingen zijn actieve mechanismen nodig. Dus laten we eens kijken naar de grens hier.

Dus als je een membraandubbellaag ziet, zien ze er vaak zo uit, waarbij elk van deze eenheden een fosfolipide is, en er is water aan beide kanten van de fosfolipide, omdat die polaire kopgroep in wisselwerking staat met water aan beide kanten. Dus hier beneden zou de binnenkant van de cel kunnen zijn. Hierboven kan de buitenkant van de cel zijn. En veel cellen, vooral eukaryote cellen, die ons vormen, hebben veel endomembranen, membranen in de cellen. Bijvoorbeeld het vormen van de grens naar de kern of naar de mitochondriën. Ja?

PUBLIEK: Waarom is er een [ONHOORBAAR]

PROFESSOR: Oh, deze man moet... dus dit lijkt erop dat het waarschijnlijk een verzadigd vetzuur is. Dus wat denken jullie dat dit zou kunnen zijn, mensen? Onverzadigd. En wat is de dubbele bindingsgeometrie?

PROFESSOR: Cis. Ja het is. Het lijkt op een... het lijkt op een ballerina of zoiets. OK, dus we hebben veel zorgen, en we zullen later zien hoe dingen in en uit cellen komen. Maar meestal kunnen dingen zoals zuurstof of water en andere kleine hydrofobe moleculen gemakkelijk door de semi-permeabele barrière gaan, maar andere dingen, dingen die geladen zijn, dingen die groot zijn, hebben een ander mechanisme nodig om erin en eruit te komen. . En we zullen later zien hoe eiwitten de mogelijkheid bieden om dingen in cellen of uit cellen te laden, zelfs zeer grote entiteiten, en er zijn bepaalde mechanismen waardoor dat gebeurt via een semi-permeabel membraan, oké?

Ik wil je het andere kenmerk van membranen laten zien. Ze zijn zelfgenezend. Wat dit betekent is dat als je ze prikt, je een gat in een celmembraan prikt, jij? Duw in feite die niet-covalente krachten uit elkaar. Als je het ding eenmaal weghaalt, of het nu een naald of een heel fijn glazen capillair is, sluiten ze weer dicht om het gat in de celwand te sluiten, dus dat zegt ons dat het niet-covalente krachten zijn.

Dit is een heel coole video van iemand die micro-injectie doet in eukaryote cellen. De naald wijst naar de cel, nadert het oppervlak. Je kunt iets in de cel laten vallen, en dan sluit de cel en behoudt - herwint zijn integriteit van de barrière, dus dit is een heel coole observatie. Mensen doen dit. Ze moeten niet te veel koffie drinken omdat het best ingewikkeld is om veel micro-injecties te doen, want je kunt echt bloedbaden veroorzaken in je celpopulatie als je niet erg handig bent met de micro-injectie, maar mensen kunnen er heel goed in zijn het.

Dus ik wil eerst een paar vragen stellen, je een paar dingen geven om over na te denken voordat we afsluiten. De lipiden. Dus hier is een typische lipide dubbellaag, waar ik een enkele lipide heb gemarkeerd. En de kleuren, dat zijn de hoofdgroepen, en allemaal in wit en grijs zijn de hydrofiele componenten, en slechts één van de fosfolipiden is gemarkeerd, en dat zou deze moleculaire structuur hier zijn. Dus allereerst, wat denk je dat de niet-covalente krachten op dat membraaninterface kunnen zijn? Dat wil zeggen, wat gebeurt hier op de interface? Wat zijn de soorten interacties die u daar zou kunnen hebben?

Geef je even de tijd om erover na te denken, en ik wil je laten zien dat ik je hier een idee geef, omdat je de structuur kunt zien, negatieve lading, positieve lading, maar onthoud ook dat dit een barrière is voor water, dus er zijn andere dingen aan de hand met het oplosmiddel waarin het membraan zit, omdat er water rond die barrièrelaag zit. Wie wil mij vertellen wat het antwoord is en waarom? Ja, heb je... ben je... ja.

PUBLIEK: Waterstofbinding.

PROFESSOR: Ja, tussen wat en wat?

PUBLIEK: Zoals de zuurstof en [ONHOORBAAR]

PROFESSOR: Juist, dus water. Water is een goede donor en acceptor van waterstofbruggen, dus er zal waterstofbinding zijn. Hoe zit het met al die lipide-hoofdgroepen, wat is de andere grote kracht? Ja?

PUBLIEK: Elektrostatische kracht.

PROFESSOR: Tussen de verschillende aanklachten. Dus het juiste antwoord hier is allebei. Denk niet dat het alleen elektrostatisch is, het is allebei. Het is elektrostatisch tussen de hoofdgroepen, waterstofbruggen tussen al dat soort dichte bundel van lading, en het water. En dan de andere vraag, wat voor soort moleculen kunnen overbrengen? Die vraag heb ik je al beantwoord.

Zouten hebben manieren nodig om erin en eruit te komen.Kleine eiwitten zijn te groot om via passieve mechanismen in dat membraan op te lossen, dus we zullen moeten uitzoeken hoe we eiwitten in en uit cellen kunnen krijgen. Neurotransmitters, zoals deze, dit is GABA, of gamma-aminoboterzuur. Het is opgeladen. Het kan gewoon niet doorkomen zonder een soort transporteur, en het zijn eigenlijk eiwitten die uiteindelijk het zware werk doen van de transportprocessen die we zullen zien.

Oké, zo verder. Dit gedeelte gaat over de bouwstenen van je eiwitmacromoleculen, waarvan ik je eraan wil herinneren dat ze 50% van alle macromoleculen uitmaken, dus dat suggereert dat het een vrij belangrijke klasse van macromoleculen is die veel verschillende functies heeft. Nu, de aminozuur-bouwsloten - blokken zien er vrij eenvoudig uit. Ze worden aminozuren genoemd omdat ze een amine hebben, het carbonzuur, en er is een koolstof die tetreedrisch is tussen het carbonzuur en het amine.

En de eenvoudigste daarvan is wanneer die beide waterstof zijn, maar de meeste aminozuren zijn daarvan gedifferentieerd -- deze heb ik je op het bord laten zien. Dit aminozuur is glycine. Meestal, als het slechts een eenzaam aminozuur is in een waterige oplossing, is het in een andere geladen vorm, gewoon in overeenstemming met waar we het in de vorige les over hadden. En ik heb het hier neergezet.

Dit is dus glycine. Het is een van de 20 gecodeerde aminozuren. Dat betekent de aminozuren die worden gemaakt door ribosomale biosynthese via een code die wordt geleverd door het boodschapper-RNA, dus ze worden gecodeerd door boodschapper-RNA. Later zul je alle prachtige mechanica van die processen zien.

Deze tabel ziet er behoorlijk ingewikkeld uit, dus ik ga hem een ​​beetje deconstrueren. Maar wat ik u allereerst wil verzekeren, is dat u altijd een uitreikblad krijgt met deze structuren erop. We vragen je niet om deze structuren te onthouden. Misschien raak je er bekend mee, maar je hoeft ze niet te onthouden.

Je hebt een tabel die ze laat zien, maar in die tabel zal ik je niet per se de informatie geven over wat hun eigenschappen zijn, want dat zijn dingen die je zou moeten kunnen zien door naar hun chemische structuren te kijken, oké ? Dus dat is belangrijk. Dit zijn dus allemaal lijntekeningen, zodat je de koolstof ziet. De waterstofatomen worden daar niet getoond.

De ladingen worden getoond voor wat de zijketen wordt genoemd, omdat de meeste aminozuren een zijketen hebben. De aminozuren zijn ook chiraal, maar je zult in 512 meer leren dan je ooit wilde weten over chiraliteit, dus ik zal je met geen van die eigenschappen belasten. Er is dus een zijketen die de eigenschappen van de aminozuren bepaalt.

Een klein detail: de aminozuren die in onze eiwitten worden gecodeerd, zijn allemaal zogenaamde alfa-aminozuren. Er zijn andere aminozuren. GABA, dat ik je op de vorige dia liet zien, is geen alfa-aminozuur. Eigenlijk is het een gamma-aminozuur. Deze worden aminozuren genoemd omdat de aminegroep zich op de alfapositie bevindt ten opzichte van de carboxyl. Wat dat betreft hoef je er niet veel meer van te weten.

Dus laten we eens kijken naar deze reeks aminozuren, en wat je ziet zijn aminozijketens met nogal verschillende eigenschappen. Ik heb vergaard... hier is glycine helemaal bovenaan. Alle aminozuren hebben een code van drie letters of een code van één letter. Ik geniet vooral van het gebruik van codes van één letter en het spellen van namen van mensen in peptiden en dergelijke. Ik laat je dat doen in de privacy van je eigen kamer. Het is best grappig om te zien of je naam echt een peptide is. Sommigen van ons... als ik een beetje blijf zitten met Barbara omdat er geen B-aminozuur een letter is met een B.

Het volgende meest voorkomende type aminozuur heeft hydrofobe zijketens. Wat dat betekent is dat ze veel CH's hebben, maar niet veel anders, toch? Bekijk ze dus eens. Alanine heeft bijvoorbeeld een methylgroep, waar ik de R heb laten zien, dat zou alanine zijn.

En ze worden steeds groter. Ze zijn vrij groot. Sommigen van hen hebben behoorlijk uitgebreide maatkettingen. Andere hebben zijketens met ringen met dubbele bindingen erin. Dat is wat we in de organische chemie als aromatisch zouden bestempelen. Ze laten zien... ze zijn nog steeds hydrofoob, maar ze vertonen andere eigenschappen dan deze andere reeks aminozuren.

Sommige van deze aminozuren kunnen eigenlijk polaire groepen bevatten, maar hun belangrijkste kenmerk is dat ze hydrofoob zijn. Maar in een aminozuur, zoals tyrosine, kun je niet alleen hydrofobe interacties hebben met dat ringsysteem, maar ook waterstofbinding met de OH op de tyrosine, dus sommige aminozuren kunnen een paar verschillende dingen doen.

De volgende reeks aminozuren zijn die die polair en geladen zijn, en ik heb je de meest voorkomende toestand van al die aminozuren laten zien, maar je weet al dat het amine van lysine waarschijnlijk geladen is. Deze quanidiniumgroep van arginine, geloof me, het is geladen. Het is een beetje ingewikkelder om te tekenen. Histidine is ook een van die vervelende om te tekenen, maar de negatief geladen zijketens met een carboxylaat zijn beide negatief geladen, en dat is iets wat je je hopelijk zou herinneren van de vorige les. En ten slotte zijn er aminozuren met polaire ongeladen zijketens, zoals die hier worden getoond.

Dit ziet er niet uit als een erg spannende set bouwstenen. Hoe kan het leven draaien op dingen die zijn gemaakt van 20 relatief eenvoudige bouwstenen met functionele groepen? En het is dat de bouwstenen zelf niet functioneel zijn. Het zijn de polymeren die zijn opgebouwd uit aminozuren, en ik noem ze altijd AA's omdat het voor mij gemakkelijker is. De polymeren van aminozuren zijn heteropolymeren. Dat betekent dat ze bestaan ​​uit een heleboel verschillende monomeereenheden als ze heteropolymeren worden genoemd.

En het andere belangrijke aan deze polymeren is dat ze een bepaalde volgorde hebben. Wat is de volgorde? Het is de volgorde waarin de aminozuren verschijnen. Dus ik schrijf dat op, bestellen. En alle functies van eiwitten worden bepaald door de volgorde van de aminozuren, dus laten we de zijbalk hier eens bekijken.

Dus nogmaals, onthoud een paar dingen die we je deze tafel altijd zullen geven om over na te denken. Oeh, kom terug. Er zijn een paar uitschieters die ik even snel wil noemen. Dus ik sprak met je over glycine, het eenvoudigste aminozuur zonder uitgebreide zijketen. Proline is een beetje vreemd omdat de zijketen een soort cyclische structuur heeft, en tegen het einde van de les zal ik met je praten over collageen, waarvan de structuur volledig afhankelijk is van de betrokkenheid van proline in de sequentie van het aminozuur. zuren waaruit collageen bestaat.

En dan is het laatste soort ongebruikelijk aminozuur cysteïne. Het heeft een thiol, en het enige slimme aan cysteïne: ik ga hier een beetje een peptide plaatsen. Eén cysteïne, en dan ga ik een tweede cysteïne plaatsen, en deze zullen in een peptidische structuur worden beschouwd. Wat cysteïne kan doen, is dat het kan bestaan ​​met de thiolzijketen, SH, of dat het zich in een andere oxidatietoestand kan bevinden waar de twee zwavels met elkaar verbonden zijn.

Dus je lineaire rangschikking van aminozuren die de volgorde bepaalt, wordt voor het grootste deel alleen bij elkaar gehouden door de covalente bindingen en de peptide-ruggengraat waar we het zo over hebben. Maar soms, omgevouwen structuren, als twee cysteïnes dicht bij elkaar liggen en de omgeving oxideert, zullen ze een verknoping vormen. Maar ze zijn niet de drijfveren voor folden. Ze vallen later op hun plaats, maar dat maakt cysteïne een beetje apart vanwege zijn eigenschappen, oké?

Oké, dus ik kom hier langs de kant. Aminozuren worden geassembleerd in een uniek lineair polymeer van een bepaalde volgorde, en we duiden die gedefinieerde volgorde aan als de primaire volgorde. En eiwitten kunnen 1.000 aminozuren, 1.500, 100 aminozuren zijn. Ze kunnen verschillende lengtes hebben waarbij we, weet je, over het algemeen het kleinste eiwit beschouwen als ongeveer 400 aminozuren, en je zou kunnen oplopen tot duizenden aminozuren. Ik ga hier 2.000 of meer schrijven.

Als de eiwitten kleiner zijn, zijn ze niet in staat om te veel geordende structuur aan te nemen, en we noemen ze meestal peptiden. Peptiden zijn een soort kortere sequenties, dus peptidesequenties. Dus dit zou een eiwit zijn, en peptiden, waarschijnlijk twee tot 39 aminozuren, maar deze breekpunten zijn een beetje vager. Dus de primaire sequentie zal de structuur van een eiwit bepalen, en we gaan het hebben over de hiërarchische structuur van eiwitten zoals die is ingevoerd, en dat is de primaire sequentie,

En die primaire volgorde is best cool omdat het heel specifiek is. Het definieert... het is gecodeerd in zijn structuur, de driedimensionale vouw van het eiwit, oké? Alle informatie voor de gevouwen, compacte, bolvormige structuur die functioneel is, is gecodeerd in die primaire volgorde. Het is een cryptische code. We kunnen misschien niet zien hoe het er echt uitziet, maar alle informatie is aanwezig om het vouwen in een bolvormige structuur te programmeren.

Dus de primaire sequentie bepaalt de vouw, en het is de vouw van het eiwit die zijn functie verplicht stelt. Het is niet de volgorde van het eiwit. De volgorde definieert de vouw. De vouw, de driedimensionale vorm, bepaalt de functie, oké? Dus dat is heel belangrijk.

En ik vind het absoluut verbazingwekkend dat we met een relatief beperkte set bouwstenen zoveel verschillende functies van alle eiwitten in ons lichaam kunnen definiëren die structureel kunnen zijn, het kunnen katalysatoren zijn, het kunnen dingen zijn die informatie van buitenaf overbrengen naar de binnenkant van de cel. Dat is allemaal geprogrammeerd met deze nogal beperkte set bouwstenen, oké?

Laten we het nu hebben over peptiden, omdat je een beetje gefrustreerd raakt als je naar afzonderlijke aminozuren kijkt. Ze vertellen ons niet zoveel over de peptidische structuur, dus ik ga twee aminozuren tekenen, en dan ga ik je één belangrijk ding vertellen. Dus laten we R1 plaatsen, en ik ga nog een aminozuur tekenen, en ik plaats het in een bepaalde richting. R2, want dat geeft aan dat dit verschillende aminozuren kunnen zijn. Als R1 bijvoorbeeld H is, is hier sprake van een geïmpliceerde waterstof, dat zou glycine zijn. Als R2 een methylgroep is, is daar een geïmpliceerde waterstof, dat zou alanine zijn, oké?

Wanneer de natuur al deze aminozuren aan elkaar bindt, voert het een condensatiereactie uit om een ​​peptidebinding te vormen tussen deze twee componenten van het aminozuur, het amine en het carbonzuur. En nu ga ik je de eerste dipeptiden tekenen die je tegenkomt. En er zijn zoveel dingen om je te vertellen over deze structuren, ik word er gek van als ik denk aan, oh, ik moet niet vergeten om ze dat te vertellen of ik moet niet vergeten om ze dat te vertellen, want de structuren zijn cool. R1, R2.

Oké, dus dit is een dipeptide, twee aminozuren, en er zijn enkele kenmerken die je moet onthouden. Als we peptiden uitschrijven, schrijven we ze altijd van N tot C. Dus in dat peptide zou dit het carboxyl-uiteinde zijn, en dit zou het amino-uiteinde zijn. Als je er niet altijd aan denkt om dingen in deze volgorde op te schrijven, en je zegt tegen je vriend, oh, ga en laat dit peptide maken, en je zet het in de verkeerde volgorde neer, dan zullen ze het verkeerde peptide maken. Dus jij altijd... er is in principe een overeenkomst tussen iedereen dat we altijd van links naar rechts schrijven, de volgorde van peptiden.

Het volgende belangrijke aan deze structuur, als je ernaar kijkt, zijn er verschillende bindingen die de polymere structuur verbinden. Veel van deze obligaties vertonen vrije rotaties. Je kunt ze omdraaien, niets houdt die conversie tegen. Al deze tonen vrijheid van rotatie.

Maar de amide- of peptidebinding is uniek omdat er een beperkte rotatie rond die binding is. Dus het is alsof je een lineair polymeer hebt, maar elke derde binding zit min of meer vast in een bepaalde richting, wat veel details begint te definiëren over de tertiaire structuur van eiwitten. Het is geen complete spaghetti. Het is net spaghetti met kleine stukjes die niet gekookt zijn. Ze zijn stijver dan de rest van de reeks.

En het andere echt belangrijke aan de peptidestructuur is dat er in die structuur de amide- of peptide-functionele groep is waar, onthoud, dit kan een waterstofbrugacceptor zijn, en dit kan een waterstofbrugdonor zijn. Als je dat eenmaal weet, zullen de volgende dia's heel logisch zijn als we het hebben over de hogere-ordestructuur van eiwitten. Dus laten we daar eens naar kijken met een iets langer peptide.

Volgens afspraak, als ik een peptide ga tekenen dat methionine isoleucine threonine is -- je kunt die namen opzoeken -- die namen op de kaart -- dat zou het MIT-peptide zijn. Dit zijn de drie aminozuren. Ik ga ze samenvatten tot een tripeptide.

Als ik drie aminozuren condenseer, spuug ik twee moleculen water uit en plaats ik twee amide- of peptidebindingen. Als ik langs deze ruggengraat ga, zal elke derde band worden gerepareerd, redelijk vast. Er is geen vrijheid van rotatie eromheen, en elke derde binding zal het vermogen hebben om betrokken te zijn bij waterstofbindingsinteracties, zoals ik hier heb gesuggereerd, oké? Wat is hier nog meer?

Als ik het MIT-peptide schrijf, schrijf ik M eerst, I tweede, T derde. Als ik TIM zou schrijven, zou het een compleet andere chemische structuur zijn met verschillende chemische eigenschappen, dus de richtingsgevoeligheid is belangrijk om te begrijpen, en daar heb je het. Dus nu kun je naar huis gaan en je naam oefenen in aminozuren en ze eruit halen.

Als je ze redelijk scherp uittekent, raak je nooit in de war over welk einde wat is en waar de vervangers zijn, maar het is belangrijk om te onthouden als je een dipeptide maakt -- oeps, ik ben vergeten dat dit niet werkt . Terwijl je een dipeptide condenseert, wanneer je deze R-groepen aanbrengt, gaat er één omhoog en één omlaag, maar dit zijn nuances van de structuur die kunnen worden verlicht voor - goed voor een latere discussie.

Dus hier is nu een langer lineair peptide, en de suggestie van een bolvormige structuur die zou kunnen worden gevonden als dat peptide was opgevouwen. En de primaire sequentie hier definieert de bolvormige structuur, en het proces waarbij je van de verlengde primaire sequentie naar de gevouwen structuur gaat, wordt eiwitvouwing genoemd. En fysisch chemici en fysici en computationele chemici hebben jarenlang geprobeerd te begrijpen hoe we de gevouwen structuur van de primaire sequentie konden voorspellen. Het is niet eenvoudig, want wat je doet is een enorm energiediagram oplossen, waarbij je, terwijl je een structuur opvouwt, al die niet-covalente krachten probeert te maximaliseren voor maximale thermodynamische stabiliteit, toch?

Het is een soort driedimensionale puzzel waarbij je zoveel mogelijk waterstofbruggen, elektrostatische interacties enzovoort probeert te maken. Dus wanneer computationele chemici eiwitten proberen te vouwen, lossen ze in feite een driedimensionale puzzel op waarbij ze interacties maximaliseren. En er zijn veel ab initio- en moleculaire dynamica-programma's die nu in staat zijn eiwitten te vouwen tot redelijk betrouwbare structuren, maar ze krijgen ze niet altijd goed omdat ze nog niet alle aanwijzingen hebben gekregen.

En hoewel ze misschien in staat zijn om ab initio of computationeel vouwen te doen met kleine structuren, wordt de hoofdpijn veel groter naarmate de structuren groter worden. Dus de voorspellers zijn niet erg goed in het voorspellen van grote structuren, ze worden steeds beter in het voorspellen van kleine structuren. En dus om je te versterken, de primaire sequentie wordt vastgesteld door covalente bindingen, de peptidebindingen, maar de bolvormige tertiaire structuur is gebaseerd op niet-covalente covalente interacties, oké?

Nu wil ik u dit vragen. Ik hou van tekenfilms met wetenschap erin, maar weet je, 10%, 20% van de tijd maken ze fouten, en ik vond deze bijzonder relevant. Dus een stel kerels die rondsjouwen in een lab en zeggen, nou, we hebben de genoomkaart af, nu moeten we er alleen nog achter zien te komen hoe we hem moeten vouwen. Wat is er mis met die tekenfilm? Welke vouw? Ja?

PUBLIEK: Je wilt [ONHOORBAAR].

PROFESSOR: Ja, het genoom vouwt niet. Het is dubbel spiraalvormig, duplex DNA of zoiets. Je vouwt eigenlijk eiwitten, dus de cartoon klopt niet helemaal, maar het is best wel schattig. Goed, als we het hebben over de niet-covalente krachten die eiwitten bij elkaar houden, wil ik dat je je deze reeks niet-covalente krachten herinnert van de vorige keer, want als je ze begrijpt en herkent, zul je begrijpen hoe ze kunnen voorkomen in gevouwen eiwitstructuren.

Oké, dus hier is een peptidesequentie. Hier is een puzzel voor je. Je kunt teruggaan en uitzoeken wat de code van één letter daar spelt. Haal gewoon je tafel tevoorschijn met alle aminozuren. Het is toegevoegd aan de achterkant van je P-set, en je zult kunnen zien wat die zeer grote peptide spreuken. Oké, ik wil niet dat je het uitwerkt terwijl je hier bent. Je moet voorlopig naar me luisteren.

OK, dus de eerste volgorde, we snappen het, er is een primaire volgorde. Het volgende om over na te denken is wat bekend staat als secundaire structuur. Het is een hogere orde dan alleen de primaire reeks, en het wordt vastgesteld door niet-covalente bindingen, en het wordt secundair genoemd - oef, mijn schrijven is verschrikkelijk vandaag. Secundaire structuur. En dat zijn interacties die uitsluitend tot stand worden gebracht door interacties tussen de peptidebindingen van wat bekend staat als de peptide-ruggengraat.

Dus als ik naar de structuur kijk, zijn dit de zijketens. De peptide-ruggengraat is deze continue lineaire sequentie. Dat is wat we de peptideruggengraat zouden noemen, en de secundaire structuur wordt tot stand gebracht door waterstofbinding tussen componenten van de peptideruggengraat. Dus bijvoorbeeld een waterstofbinding, zoals dat, of een andere waterstofbindingsinteractie, zoals dat. Tussen de atomen die eenzame elektronenparen hebben en de andere atomen -- zware atomen die een waterstof bevatten die behoorlijk zuur is.

En er zijn een paar belangrijke vormen van secundaire structuur. Wat ik je hier laat zien, is wat bekend staat als de alfa-helix. Voor het eerst afgeleid door Pauling, in feite, door middel van modelbouw, zei hij, kunnen eiwitten deze geordende structuren vormen, en een alfa-helix is ​​een geordende structuur die uitsluitend bestaat uit de waterstofbindende interacties van de peptide-ruggengraat.

En je kunt naar deze spiraalvormige structuur kijken. Het is een doorlopende peptidestreng, maar er zijn waterstofbruggen tussen CO's en NH's helemaal door de ruggengraat, zodat deze peptidestreng zich kan opvouwen tot een cilindrische, spiraalvormige structuur, waar al die R-groepen, de zijketens van de aminozuren, bevinden zich op de omtrek van die helix. Deze secundaire structuur is dus een belangrijke omdat het veel voorkomt in veel eiwitten.

De volgende secundaire structuur wordt ook bij elkaar gehouden door waterstofbinding, en zijn interacties tussen uitgerekte strengen van peptiden die in de primaire sequentie misschien niet dicht bij elkaar liggen, maar ze zijn uitgelijnd in de gevouwen structuur. Wat ik je hier heb laten zien is wat bekend staat als een... deze man moet dan zeggen dat dit een anti-parallel bètablad is.En over dat blad zijn er continue mogelijkheden voor interactie met waterstofbruggen. Als de strengen in tegengestelde richting lopen, is het anti-parallel. Als ze in dezelfde richting staan, is het parallel.

Deze twee secundaire structuurelementen vormen veel van het soort basisprincipes van hoe eiwitten beginnen te vouwen. Het zijn belangrijke niet-covalente krachten, en er zijn ook andere kleinere motieven. De ene wordt een bèta-turn genoemd, waarbij de peptidesequentie door een ketenomkering kan gaan, dus de sequentie zou er als volgt uitzien. Ik ga het gewoon tekenen en ik zal het zo met je hebben over lintdiagrammen. En dit stuk hier zou de beurt zijn, terwijl dat de interacties zouden zijn die door het blad worden afgedwongen.

Dit zijn de geordende elementen van de secundaire structuur. Je hoeft ze niet te kunnen bedenken, maar je moet ze wel kunnen uitkiezen om de structuur te begrijpen, oké? Dus zelfs die simpele elementen zijn nog steeds moeilijk om structuren te maken die groot genoeg zijn om functies te hebben.

Dus zoals ik al zei in een vervolg van het thema, is de eiwitvouwing hiërarchisch, je kunt beginnen met het samenstellen van elementen van secundaire structuur om dingen te maken die een beetje groter zijn. Helix, draai, helix. Helix met een ander soort bocht, misschien op zijn plaats gezet door een metaalion of zoiets, of een streng, bocht, streng, of nu iets dat een samenstelling is van deze twee hoofdtypen secundaire structuur, de helix en de bocht.

En dit beginnen echt eiwitten te worden die misschien groot genoeg zijn om iets te kunnen doen, maar ze worden allemaal exclusief bij elkaar gehouden door niet-covalente krachten tussen de amiden of peptidebindingen in de ruggengraat van het eiwit, oké? Nog niet heel spannend. Nu, nog een kleine aanwijzing die mensen zullen zien - je zou kunnen zien en je zou in de war kunnen raken, mensen, soms, wanneer ze een soort snelle afbeelding van een eiwit tekenen, kunnen ze een helix tekenen, maar in plaats van het echt te laten zien in detail, ze kunnen het als een cilinder laten zien, dus misschien moet je dat uit een structuur halen.

En dan wil ik je aandacht daarop vestigen, dat in al die motieven, wanneer je de ene helix met de andere verbindt, je misschien een streng moet omslaan in een andere streng die je moet omdraaien, enzovoort. OK, dus dit is alsof je je zeer uitgebreide voorraad polymeer neemt, wetende dat er verschillende knikken in zitten, vanwege de ruggengraatbindingen, maar het opvouwen in een structuur die de kans op een andere structuurorde maximaliseert, waarover we zullen praten ongeveer nu.

Oké, dus we hebben de primaire gezien. Secundair is gewoon met ruggengraat. En de dingen beginnen veel interessanter te worden als we bij de tertiaire structuur komen, omdat de tertiaire structuur mogelijk wordt gemaakt door al deze andere interacties, elektrostatische, waterstofbinding, hydrofobe krachten, die kunnen worden veroorzaakt door de zijketens van aminozuren die een wisselwerking hebben met elkaar of met de ruggengraatstructuren. Dus ik ga je hier doorheen leiden, zodat je een beetje een idee krijgt van hoe deze driedimensionale puzzels werken op een heel kleine schaal.

Dus kijk hier, dat is een heel klein motiefje. En waar ik je aandacht op ga vestigen, is dat wanneer je deze motieven opvouwt, wanneer de secundaire structuur op zijn plaats zit, veel van de zijketens dicht bij elkaar zijn en ze langeafstandscontacten kunnen aangaan. En dus ga ik je bijvoorbeeld interacties laten zien tussen zijketens, tussen zijketens en de peptideruggengraat, of zijketens en water.

Maar wat ik wil doen, is hiernaar kijken en kijken, kun je een van die mogelijke interacties op de tekening op je uitreikblad zetten? Het is vrij duidelijk waar er een elektrostatische interactie is, toch? boem. Oké, tussen plus-- haal die uit de weg, dat zijn de makkelijke. En dan interacties tussen hydrofobe groepen, waar ze die lipofiele structuur willen opbouwen, zodat het niet zo veel wordt blootgesteld aan water, dus clusteren ze, dus dat is gemakkelijk.

En dan kun je gaan nadenken over wat alle waterstofbruggen zijn die je zou kunnen tekenen. Hier heb ik er een getoond tussen zijketens, tussen zijketens en ruggengraat, tussen zijketens en water, en die kunnen allemaal bijdragen aan de ultieme thermodynamische stabiliteit. Zorg ervoor dat u uw waterstofbruggen goed krijgt. Onthoud, twee donoren gaan niet met elkaar om tot acceptoren, dus niet-- dus dit zou de vouwmogelijkheden van dat kleine motief kunnen beschrijven.

Wat ik je wil laten zien... ik ga... laat me... is een ab-initio simulatie van een vouwproces. Dus laat me dat een beetje groter op het scherm krijgen. Dit is dus rekenen. GB1 is een heel klein eiwit dat onder de juiste omstandigheden reversibel vasthoudt, en wat ik ga doen, is je door deze video sturen. Dit is een simulatie. Dit is allemaal rekenen. Het kijkt nergens naar door middel van spectroscopie of in oplossing of iets dergelijks.

En wat ik ga doen, is dat ik je door de structuur ga leiden. Dit is multischaalmodellering. Het heeft veel details over hoe het moet, maar het startpunt is een zeer gedenatureerd eiwit, allemaal uitgerekt, toch? En wat ik ga doen is je een paar seconden laten zien, weet je, dit ding is alsof je zijn thermodynamisch minimum probeert te vinden, en het faalt eigenlijk behoorlijk.

En het doet dat gedurende ongeveer 30-- 60 seconden van de simulaties, dus ik maakte een punt voor mezelf om je mee te nemen naar ongeveer minuut één, waar de dingen behoorlijk interessant beginnen te worden. En je zegt, nou, wat is daar interessant aan? Je ziet die ontluikende helix, op de achtergrond, de rode en de blauwe, strengen beginnen te vormen die een beetje uitgelijnd zijn, en het probeert zoveel mogelijk verbindingen te vinden om te voldoen aan een stabiele structuur.

Op een bepaald punt in de simulatie bevinden vijf van de hydrofobe groepen zich in een kleine erwt. Ze zitten in een kleine hydrofobe cluster, en dat is een breekpunt in het vouwproces, want daardoor wordt alles beter aan elkaar gelijmd, zodat de rest nu echt zijn definitieve plaats in de gevouwen structuur kan vinden. Deze vroege structuren staan ​​bekend als gesmolten bolletjes. Veel van de interacties zijn nog niet aanwezig, maar de hydrofobe cluster is van cruciaal belang.

Maar daarna is het bijna alsof je bergafwaarts glijdt om alle resterende interacties op hun plaats te krijgen om het eiwit te vouwen, oké? Eiwitvouwing is dus een puzzel die rekenkundig kan worden opgelost door thermodynamische interacties te maximaliseren. Dus het is sigma dit, som van dit, som van dit, som van dat. Dat wordt moeilijker naarmate het eiwit groter wordt, maar voor kleine eiwitten beginnen die simulaties echt logisch te worden, oké?

Oké, dus laten we hier gewoon verder gaan. Verloren... ah, goed. Wat vond je van de simulatie? Het is best wel cool, toch? De link vind je dus in de zijbalk. Dus doe deze er nu gewoon weer op, en dat is de gevouwen structuur.

Oké, dus met veel eiwitten zijn ze veel complexer dan dat. Hier is bijvoorbeeld cycline A. Het is betrokken bij de celcyclus, en je kunt zijn alfa-helixstructuur dominant, heel duidelijk zien, al die mooie alfa-helices. Daarnaast bevindt zich het groen fluorescerende eiwit, een cilindrische structuur die bestaat uit anti-parallelle bèta-platen. Wat echt cool is, is dat als je het een beetje draait, je al die vellen kunt zien, maar dan maakt het een soort van reverence naar het publiek, en je kunt naar beneden kijken in het vat.

En dan, in sommige gevallen, kunnen eiwitten een mengsel zijn van secundaire structuurelementen. Hier is het een beetje moeilijk te zeggen. Dit is triosefosfaatisomerase, maar als je ernaar kijkt, kun je de helices zien, en er is ook een groep bètastrengen die bij elkaar worden gehouden. Dus in dat eiwit is het een mengsel van alfa-helix en bètablad.

Ik ga je nu niet veel vertellen over het ophalen van Protein Data Bank-bestanden, omdat ik het volgende onderwerp wil behandelen. En als we een paar minuten later hebben, zal ik het je laten zien. Maar waar ik je ook een structuur laat zien, ik probeer je de Protein Data Bank-code te laten zien, en op de website kun je zien dat er een gratis download is van PyMOL, het programma dat ik gebruikte om al deze structuren te maken en films, zodat je echt naar dingen kunt kijken.

En geloof me, het kostte me ongeveer drie jaar om te leren hoe ik het op de juiste manier moest gebruiken. Het duurt waarschijnlijk ongeveer een week of misschien een paar dagen. Dus als ik het kan leren, kun jij het zeker leren.

Nu, er is nog een laatste element van de eiwitstructuur waar mensen een beetje aan ophangen, en dat is wat de quaternaire structuur wordt genoemd. Het is alsof we nog niet klaar zijn? Dus naast al deze, laten we zeggen dat ik een gevouwen motief heb, en er is zijn structuur. Dat zou een primaire, secundaire, tussen de strengen of de helix zijn, en een tertiaire structuur, toch?

Maar in sommige gevallen houden eiwitten de quaternaire structuur in stand, waar het meerdere van deze eenheden zijn samengevoegd -- hoo, ik had een eenvoudigere vouw kunnen kiezen, maar dat zal je de algemene essentie ervan geven -- goed, waar deze zijn daadwerkelijk geassocieerd door niet-covalente krachten. Er is dus meer dan één polypeptideketen. In feite zouden hier vier peptideketens samenkomen in een structuur van hogere orde die uit vier van die eenheden bestaat.

Het prototypische voorbeeld hiervan is het eiwit dat zuurstof in je bloed transporteert, namelijk hemoglobine, en het heeft vier primaire sequenties die zijn samengekomen in een tetramere quaternaire structuur. Hemoglobine is best interessant, omdat het bestaat uit twee alfa- en twee bèta-subeenheden. Als al deze subeenheden identiek waren, zouden ze homooligomeren worden genoemd, allemaal dezelfde stukken. Als ze verschillend zijn, worden ze hetero-oligomeren genoemd. We zullen hier wat meer over zien als ik het in de volgende les over hemoglobine heb, omdat de kenmerken van de quaternaire structuur heel, heel belangrijk zijn voor het juiste transport van zuurstof, en enkele mutaties kunnen de zaken echt in de war brengen, en jij Daar zullen we in de volgende les meer over zien.

Dus wikkel dat kleine beetje in, eiwitten zijn condensatiepolymeren van aminozuren. Elke eiwitsequentie wordt gedefinieerd door covalente binding. Inheemse eiwitten. De meeste van hen die niet helemaal quaternaire structuur hebben, worden gevouwen door secundaire en tertiaire interacties, deze dingen waar we het al over hadden, en vouwen wordt gedefinieerd door hoe al die niet-covalente krachten te maximaliseren om de maximale thermodynamische stabiliteit te krijgen met het maximale aantal van interacties. En subeenheden kunnen ook samenkomen via een quaternaire structuur.

Oké, dus ik ga tijdens de cursus met je praten over verschillende eiwitten, maar voor nu wil ik je concentreren op een structureel eiwit dat mechanische ondersteuning biedt voor weefsels. In de volgende les zullen we praten over transporters en enzymen, en naarmate we verder gaan met signalering, dingen als receptoren en membraaneiwitten enzovoort. Dus het eiwit dat ik je ga beschrijven is collageen.

Het is het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam. Het speelt enorme rollen. Het is geen enzym, het is geen katalysator, het is geen transporteur. Het is een van die structurele eiwitten, waar de structuur van collageen is geëvolueerd om een ​​mechanische stabiliteit te bieden aan tal van essentiële componenten van complexe organismen.

En er zijn veel verschillende soorten collageen die in verschillende delen van het lichaam worden aangetroffen. Bijvoorbeeld botten, pezen, kraakbeen, enzovoort. Het zijn allemaal colleges en structuren, maar ze hebben subtiele verschillen, misschien hebben sommige andere, iets andere, mechanische eigenschappen om zich aan te passen aan de functies die ze uitvoeren, oké?

En wat ik je ga laten zien is dat een enkele aminozuurverandering in de primaire volgorde van collageen de structuur kan destabiliseren, zodat het niet langer levensvatbaar is. En het ziektetype waar ik het met je over ga hebben, is een reeks ziekten die bekend staan ​​als collagenopathieën, en de specifieke heet osteogenesis imperfecta. Osteo verwijst altijd naar bot omdat het een cruciale rol speelt in de structuur van bot. Bot is niet alleen bot, het is collageen dat erbij betrokken is.

En het is ook dat deze ziekte het brozebottensyndroom wordt genoemd. En hier is de röntgenfoto van een baby geboren met het brozebottensyndroom, en je zult zien dat de lange botten in de bovenarm allemaal onregelmatig zijn omdat de botten broos zijn, en ze zullen zelfs in de baarmoeder breken. Veel baby's met dit defect kunnen niet eens via het geboortekanaal geboren worden omdat het de botten zou verpletteren, en velen van hen overleven helemaal niet lang.

Sommigen overleven met verschillende soorten gevallen, maar hun leven wordt enorm beïnvloed, en ze kunnen gewoon een tafel raken en de botten breken, oké? Er zijn dat soort ernstige situaties waarin ouders daadwerkelijk worden beschuldigd van mishandeling van het kind, maar het kind had eigenlijk het brozebottensyndroom, en het was gewoon door hen te helpen hun kleren aan te trekken of ze naar boven te brengen, de botten werden heel gemakkelijk gebroken. Dus osteogenesis imperfecta beschrijft echt een verzameling van deze defecten.

Nu wordt de tertiaire structuur van collageen hier getoond. Het bestaat eigenlijk uit een soort helix. Het is geen alfa-helix. Het is een polyproline-helix, waar de individuele subeenheden in dat tertiaire in de structuur vrij lang en uitgebreid zijn, en ik laat je drie strengen zien in deze polymere structuur, een gele, een rode en een groene. En deze rolden samen in een bundel met drie helixen die een fibrilleuze structuur heeft, en dan komen al deze structuren samen om de macromoleculaire structuur te maken die collageen is.

Het is niet zomaar een van die fibrillen. Het zijn bundels van die fibrillen in een zeer georganiseerd patroon waar je dat patroon zelfs in elektronenmicroscopie zou kunnen zien. En er zijn veel genetische defecten van collageen, en wat zo belangrijk is om over na te denken, is dat als je een defect in één streng hebt, dat defect zich door elke afzonderlijke streng zal voortplanten. Als dit één streng is die uit drie polypeptideketens bestaat, plant deze zich helemaal door de structuur voort.

En ik geloof dat ik weinig tijd heb om je te laten zien, hier is de collageenstructuur. Ik laat je alleen zien hoe het is uitgebreid. Dat zijn drie onafhankelijke strengen, en er is een set magenta residuen in het midden, die afkomstig zijn van een defect in de volgorde waarin een glycine is veranderd in een alanine.

Dus ik ga je deze film laten zien, want je ziet precies in het midden van de structuur, er zijn resten die in roze zijn geverfd. En wat ik ga doen, is je een close-up van dat segment laten zien. Als je naar die cellen kijkt, zijn ze allemaal mooi georganiseerd, behalve waar dat defect is, en dat defect wordt veroorzaakt door de verandering van een waterstof in een methylgroep op drie residuen die samenkomen, en die uitpuilen die fibrilleuze structuur en maakt het is niet zo compact en mooi als het zou moeten zijn in de versie die de glycine daar heeft.

Dus als je ernaar kijkt, kun je zelfs zien dat de helix uitpuilt en niet zo goed uitgelijnd is als de rest van de structuur. En dan wordt dat defect verspreid in alle fibrillen en resulteert in de verzwakking van de botten. Ofwel het collageen wordt niet goed gevormd, of het collageen, wanneer het zich vormt, heeft veel minder mechanische stabiliteit.

Dus ik denk dat dat een goede plek is om te stoppen en ik zal de volgende keer met hemoglobine verder gaan. Oh, nog een laatste kleinigheidje, een paar dingen die u moet doen. Er is een geweldige link op de website naar de Protein Data Bank om te zien hoe enzymen werken. En als je wat tijd hebt, zou het geweldig zijn als je even snel door die delen van de tekst zou kunnen bladeren. Deze dia's zijn geplaatst bij deze leesopdrachten, en ze worden in kleur opgehangen als je ze nog eens wilt bekijken.


Hydrofobiciteitsindex voor veel voorkomende aminozuren

De hydrofobiciteitsindex is een maat voor de relatieve hydrofobiciteit, of hoe oplosbaar een aminozuur is in water. In een eiwit worden hydrofobe aminozuren waarschijnlijk in het binnenste aangetroffen, terwijl hydrofiele aminozuren waarschijnlijk in contact komen met de waterige omgeving.

De waarden in de onderstaande tabel zijn genormaliseerd zodat het meest hydrofobe residu een waarde van 100 krijgt ten opzichte van glycine, dat als neutraal wordt beschouwd (0 waarde). De schalen werden geëxtrapoleerd naar residuen die meer hydrofiel zijn dan glycine.

A pH 2-waarden: genormaliseerd van Sereda et al., J. Chroom. 676: 139-153 (1994).
B pH 7-waarden: Monera et al., J. Proteïne Wetenschap. 1: 319-329 (1995).


Aminozuur

Aminozuren zijn moleculen die zowel een aminogroep (-NH 2 ) en een carbonzuurgroep (-COOH), vandaar de naam. De meest voorkomende aminozuren zijn de α-aminozuren, de bouwstenen van eiwitten . Deze hebben de aminogroep, de carbonzuurgroep, een waterstofatoom en een karakteristieke zijketen die allemaal aan één koolstofatoom zijn bevestigd, de α-koolstof. Elk type α-aminozuur heeft een unieke zijketen die de eigenschappen en de rol ervan in eiwitten bepaalt. De zijketens (of "R" groepen) kunnen variëren van een waterstofatoom, zoals in glycine, tot de meer gecompliceerde zijketens van tryptofaan of arginine.

Aan het α-koolstofatoom zijn vier verschillende groepen bevestigd, gerangschikt op de punten van een tetraëder. Deze opstelling is asymmetrisch en kan voorkomen in twee verschillende vormen, of enantiomeren, die op dezelfde manier aan elkaar gerelateerd zijn als een object en zijn afbeelding in een spiegel. Deze twee enantiomeren worden L en D genoemd. Alleen L-aminozuren komen voor in eiwitten die door levende systemen worden gemaakt. D-aminozuren en andere aminozuren dan α-aminozuren komen voor in biologische systemen, maar worden niet in eiwitten ingebouwd.

Veel organismen kunnen alle aminozuren die ze nodig hebben synthetiseren uit verbindingen die aanwezig zijn in de metabole routes die ze gebruiken voor energieproductie. Mensen zijn echter niet in staat om alle noodzakelijke aminozuren te synthetiseren, en een aantal daarvan moet uit de voeding worden gehaald.

Het belangrijkste gebruik van aminozuren is om eiwitten te construeren. Een eiwit is een lineaire keten van aminozuren die met elkaar verbonden zijn door peptidebindingen . Een peptidebinding wordt gevormd wanneer de aminogroep die aan het koolstofatoom van het ene aminozuur is gehecht, wordt verbonden met de carboxylgroep van een tweede aminozuur onder eliminatie van water. De zijketen van elk aminozuurresidu steekt uit de polypeptide ruggengraat. De volgorde van aminozuren in de keten wordt bepaald door de deoxyribonucleïnezuur (DNA) volgorde van de gen dat codeert voor dat eiwit.

De driedimensionale structuur en de eigenschappen van een specifiek eiwit, en dus de biologische rol ervan, worden bepaald door de volgorde van

Een eiwit vouwt zodat niet-polaire zijketens de neiging hebben om in het eiwit te worden begraven, terwijl polaire en geladen zijketens de neiging hebben om te worden blootgesteld aan het water rond het eiwit. De biologische functie van een eiwit is over het algemeen sterk afhankelijk van zijn driedimensionale structuur.


Waarom je aminozuren nodig hebt?

Aminozuren staan ​​bekend als de bouwstenen van eiwitten, een belangrijk onderdeel van elke cel in je lichaam.

Hier zijn een paar rollen die aminozuren spelen in uw algehele gezondheid:

Verbeterde atletische prestaties

Atleten gebruiken vaak leucine, isoleucine en valine om hun prestaties te verbeteren.Deze aminozuren kunnen in spieren worden gemetaboliseerd om extra energie te leveren tijdens het sporten.

Verminderde spierafbraak

Onderzoek suggereert dat het nemen van aminozuursupplementen tijdens hersteldagen na het sporten spierbeschadiging en de daarmee gepaard gaande pijn vermindert.

Verbeterde leverfunctie

Er zijn aanwijzingen dat het via de mond innemen van vertakte aminozuren de leverfunctie kan verbeteren bij mensen met een slechte hersenfunctie als gevolg van een leverziekte.


Aminozuur peptidebinding

Aminozuren vormen samen grote organische polymeren die bekend staan ​​als peptiden.

Elk aminozuur is verbonden met een ander aminozuur door een covalente binding, bekend als een peptidebinding of een amidebinding, die wordt gevormd door een uitdrogingsreactie.

De carboxylgroep van één aminozuur en de aminogroep van het binnenkomende aminozuur combineren, waardoor een watermolecuul vrijkomt en een natuurlijk condensatie polymeer.

De resulterende binding is de peptidebinding en de producten die door dergelijke verbindingen worden gevormd, zijn: peptiden.


Aminozuren - Biologie

Eiwitten zijn opgebouwd uit aminozuren en vrije aminozuren en oligomeren van aminozuren (peptiden) spelen een belangrijke rol in cellen. We bespreken aminozuren en peptiden in termen van hun structuren en functies.

Zuur-base evenwicht

Bijna alle biochemische reacties vinden plaats in een waterige oplossing, waarvoor een concentratie van niet-nul aan protonen (waterstofionen) en hydroxide-ionen aanwezig is. Per definitie is de pH van een oplossing de negatieve base-10 logaritme van de waterstofionenconcentratie op dezelfde manier, pOH is de negatieve logaritme van de hydroxide-ionenconcentratie. Het product van de waterstofionenconcentratie en de hydroxide-ionenconcentratie is bijna precies 10 -14 M 2 , dus
-log([H + ][OH - ]) = 14 = -log([H + ]) - log([OH - ]) = pH + pOH.

Neutrale pH verwijst naar de toestand waaronder pH = pOH duidelijk pH = 7 onder die omstandigheden. Zuiver water heeft een pH=pOH=7, maar pH=7 kan zelfs voorkomen als er extern geïntroduceerde ionen aanwezig zijn.

De Henderson-Hasselbach-vergelijking

Een fundamentele vergelijking met betrekking tot ionen in waterige oplossing relateert het zuur-base-evenwicht aan de pH:
pH = pKeen + log([base] / [zuur])
waar Keen is de evenwichtsconstante voor de ionisatie van een opgeloste stof.

Dit is de Henderson-Hasselbach vergelijking. Hiermee kunnen we de [base]/[zuur] voor een opgeloste stof bepalen. Verschillende van de problemen in hoofdstuk 3 hangen af ​​van deze vergelijking.

Aminozuurstructuren

Een aminozuur is elk molecuul dat zowel een carboxylgroep als een aminegroep bevat. De aminozuren die als bouwstenen van eiwitten dienen, zijn alfa-aminozuren, d.w.z. moleculen waarin de aminegroep en de carboxylgroep gescheiden zijn door één tussenliggend verzadigd koolstofatoom:

Er zijn aminozuren die relevant zijn voor de biochemie die geen alfa-aminozuren zijn, zoals bèta-alanine:

maar we zullen ons vandaag concentreren op de alfa-aminozuren.

Merk op dat we aminozuren afbeelden als zwitterionen, d.w.z. moleculen die zowel een positieve lading als een negatieve lading bevatten. Bij extremen van het pH-bereik zal een aminozuur geen zwitterion zijn. Bij zeer lage pH wordt de carboxylgroep geprotoneerd:

Bij zeer hoge pH verliest de aminegroep een proton en wordt ongeladen:

Deze zuur-base evenwichtsverschijnselen zijn voorbeelden van de reactiviteit van vrije aminozuren.

Van de alfa-aminozuren is de enige variatie die mogelijk is van de ene naar de andere in de identiteit van de R-groep. De eenvoudigste R bestaat uit een waterstofatoom: het aminozuur is dan glycine. De volgende eenvoudigste R is een methyl (CH3) groep dit is alanine. De andere achttien worden in hoofdstuk drie van je leerboek weergegeven. Ze variëren van de eenvoudigste (glycine en alanine) tot tryptofaan, dat een gefuseerd dubbelringsysteem bevat.

Een speciaal geval, maar niettemin een van de aminozuren waarvoor wordt gecodeerd door het ribosomale eiwitsynthesesysteem, is proline. Het is helemaal geen aminozuur: het is een iminozuur, omdat de aminegroep via drie methyleengroepen covalent is gebonden aan de alfa-koolstof. Zo dragen de alfa-koolstof en de aminestikstof bij aan een vijfledige ring. Deze structuur is in rotatie beperkter dan de gewone aminozuren. We zullen de implicaties van die beperking zien in de rol van proline in eiwitten.

Chiraliteit

Elk alfa-aminozuur behalve glycine is een chiraal molecuul, dat wil zeggen, het bevat ten minste één koolstofatoom met vier ongelijkwaardige substituenten, zodat het molecuul niet op zijn spiegelbeeld kan worden geplaatst. Glycine is niet-chiraal omdat twee van de substituenten op zijn alfa-koolstof waterstof zijn. Twee van de aminozuren - isoleucine en threonine - hebben een tweede chiraal centrum in de zijketen.

De aminozuren waaruit eiwitten bestaan, zijn allemaal L-aminozuren, dat wil zeggen, de substituenten op de alfa-koolstof zijn gerangschikt in een specifieke volgorde die ze relateert aan een referentiemolecuul dat gepolariseerd licht in de richting naar links roteert. Het spiegelbeeld van een L-aminozuur is een D-aminozuur, het is verwant aan een referentiemolecuul dat gepolariseerd licht naar rechts draait. D-aminozuren spelen wel een rol in enkele biochemische systemen, zoals bacteriële celwanden en sommige antibiotica, maar ze worden niet gesynthetiseerd door het ribosomale apparaat. Het is niet toevallig dat bacteriën deze D-aminozuren in hun celwanden opnemen: de meeste proteolytische enzymen (enzymen die peptidebindingen splitsen) die de gastheren van deze bacteriën produceren om de bacteriën te vernietigen, werken alleen tegen L-aminozuren, dus het opnemen van D-aminozuren in hun celwanden geeft deze bacteriën een concurrentievoordeel.

Om te onthouden wat de absolute configuratie van een L-aminozuur is, gebruiken we het geheugensteuntje CORN. Stel je het aminozuur voor, zo gerangschikt dat je langs de binding van de alfawaterstof naar de alfakoolstof kijkt. Concreet kijk je van de H naar de C en onderzoek je de volgorde waarin de andere drie substituenten op de alfa-koolstof verschijnen. Een van die drie is de carbonylkoolstof (CO), de volgende, als je met de klok mee rondgaat, is de zijketen (R) en de laatste is de stikstof (N). CORN dus. Om dit geheugensteuntje nuttig te laten zijn, moet je eraan denken te beginnen met naar beneden te kijken langs de H-C-binding, en je moet onthouden dat je de andere drie substituenten met de klok mee moet doorlopen. Een D-aminozuur zou NROC zijn.

Aminozuren: zuur/base-chemie

De meest voor de hand liggende chemie waaraan vrije aminozuren kunnen deelnemen, is het zuur-base-evenwicht bij de carboxyl- en aminegroepen van de hoofdketen:
H3N + -CHR-COO - + OH - <-> H2N-CHR-COO - + H2O
en
H3N + -CHR-COO - + H + <-> H3N+-CHR-COOH

Het evenwicht in deze reacties is ver naar links bij pH-waarden dichtbij neutraal, maar bij lage pH zal het evenwicht in de tweede reactie iets naar rechts liggen, en bij hoge pH zal het evenwicht in de eerste reactie iets naar rechts liggen.

de pKeen waarden voor deze reacties - de pH-waarden waarbij de hierboven weergegeven reacties 50% producten en 50% reactanten hebben - hangen enigszins af van welke zijketen (R-groep) aanwezig is. Dus aangezien de pKeen voor deprotonering van de aminegroep in alanine is 9,9, een waterige oplossing van alanine bij pH 9,9 zal de helft zijn in de geprotoneerde (H3N + ) vorm en de helft in de gedeprotoneerde (H2N) formulier. de pK een want de aminogroep van threonine is lager - ongeveer 9,1. Dus bij pH 9,5 zal meer dan de helft van het threonine in een oplossing worden gedeprotoneerd, terwijl minder dan de helft van het alanine dat zal doen.

Elk vrij aminozuur heeft ten minste twee pKa-waarden: die geassocieerd met protonering van het carboxylaat en die geassocieerd met deprotonering van de aminegroep. Aminozuren waarin de zijketen zelf een ioniseerbare groep bevat, hebben een derde pKa-waarde - die geassocieerd met protonering of deprotonering aan de zijketen. De volledige collectie van pKeen waarden verschijnen in de onderstaande tabel, overgenomen uit uw leerboek

Aminozuur pKeen,
&alpha-COO -
pKeen,
&alpha-NH3
pKeen,
zijketting
ioniseerbaar
zijketen groep
glycine 2.4 9.8
alanine 2.4 9.9
valine2.39.7
leucine 2.3 9.7
isoleucine 2.3 9.8
methionine 2.1 9.3
proline 2.0 10.6
fenylalanine 2.2 9.3
tryptofaan 2.5 9.4
serine 2.2 9.2
threonine 2.1 9.1
cysteïne 1.9 10.7 8.4 S -
tyrosine 2.2 9.2 10.5 O-
asparagine 2.1 8.7
glutamine 2.2 9.1
asparaginezuur 2.0 9.9 3.9 COO -
glutaminezuur 2.1 9.5 4.1 COO -
lysine 2.2 9.1 10.5 NH3 +
arginine 1.8 9.0 12.5 NH3 +
histidine 1.8 9.3 6.0 bel NH +

Zijketenreactiviteit

Uit de bovenstaande tabel blijkt duidelijk dat een van de manieren waarop aminozuurzijketens kunnen deelnemen aan chemische reacties, is door middel van zuur-base-interacties. Maar ook andere soorten chemie komen voor in zijketens. Zwavelatomen in cysteïne en methionine kunnen geoxideerd worden tot sulfaten, sulfieten en verwante vormen. De zijketenhydroxylgroepen van serine en tyrosine kunnen covalente bindingen vormen met liganden, zoals fosfaatgroepen. Beide stikstofatomen in de imidazoolzijketen van histidine kunnen covalent binden aan verschillende liganden.

Niet alle zijketenreactiviteiten omvatten de vorming van covalente bindingen. Zijketen polaire groepen kunnen waterstofbruggen vormen met andere polaire groepen. "Zoutbruggen" tussen tegengesteld geladen groepen (bijvoorbeeld de zijketenterminale aminegroep van lysine en het zijketencarboxylaat van aspartaat) worden vaak gevonden in eiwitten.

Peptiden en eiwitten

Peptiden en eiwitten zijn respectievelijk oligomeren en polymeren van aminozuren. Meeste zijn heteropolymeren, d.w.z. de afzonderlijke bouwstenen zijn niet allemaal identiek. Chemici kunnen produceren homopolymeren van aminozuren, waarin alle bouwstenen identiek zijn, maar deze spelen geen rol in echte biologische systemen.

Een dipeptide wordt formeel geproduceerd door water uit twee aminozuren te verwijderen:
H3N + -CHR-COO - + H3N + -CHR-COO - -> H3N + -CHR-CO-NH-CHR-COO - + H2O
De covalente binding tussen de carbonylkoolstof in het midden van dit samenstel en de amidestikstof wordt een amidebinding of peptidebinding genoemd. De C-N-binding heeft een dubbel bindingskarakter vanwege een resonantie waarbij de carbonylzuurstof een formeel negatieve lading kan krijgen en de amidestikstof een formeel positieve lading. Dit gedeeltelijke dubbele bindingskarakter verplicht de zes atomen van de peptidegroep - de carbonylkoolstof van de hoofdketen, de carbonylstikstof, beide aangrenzende alfa-koolstofatomen en de waterstof die aan de stikstof is gehecht - om in één enkel vlak te liggen, de zogenaamde peptide vlak. Studie afb. 4.6 om te zien hoe dit werkt.

Het opbouwen van een tri-, tetra-, oligo- of polypeptide gebeurt formeel op dezelfde manier als het aanmaken van het dipeptide:
H3N + -CHR-CO-(NH-CHR-CO-)N NH-CHR-COO - + H3N + -CHR-COO - -> H3N + -CHR-CO-(NH-CHR-CO-)n+1 + H2O
De manier waarop dit gewoonlijk in de cel wordt bereikt, is binnen de mechanismen van de ribosoom, waarbij de verlenging van de polypeptideketen wordt bereikt onder zorgvuldige enzymatische controle. De ligatiereactie, waarbij de keten met één residu wordt verlengd, is endergonisch en de energie die nodig is om deze aan te drijven wordt verkregen door hydrolyse, niet van onze bekende energievaluta ATP, maar eerder van zijn neef GTP:
GTP + n-lengte-peptide + aminozuur -> GDP + Pl + (n+1)-lengte peptide

Gewoonlijk is er een vrije aminegroep aan het ene uiteinde van het polymeer en een vrij carboxylaat aan het andere uiteinde:
H3N + -CHR-CO-(NH-CHR-CO-)N -NH-CHR-COO -
Maar af en toe worden cyclische peptiden gevormd, waarbij de keten ombuigt en een peptidebinding wordt gevormd tussen de terminale aminegroep en de terminale carboxylgroep, met de gebruikelijke verwijdering van water. Dit type cyclisatie wordt niet uitgevoerd bij het ribosoom, maar wordt uitgevoerd door een specifieke enzymatische synthese.

Zijketenreactiviteit in peptiden en eiwitten

We hebben al vermeld dat de zijketens in peptiden en eiwitten zuur-base-interacties kunnen ondergaan. Het is vermeldenswaard dat in een intact eiwit dit de enkel en alleen zuur-base-interacties die kunnen optreden, behalve die waarbij de terminale amino- en carboxylgroepen betrokken zijn. De amidestikstof- en carbonylgroepen zijn volledig betrokken bij peptidebindingen in alle aminozuren tussen de op één na laatste aminozuren in een eiwit en kunnen daarom niet deelnemen aan reacties zonder de polypeptideketen te verbreken.

Eiwitzijketens vertonen ook andere soorten reactiviteit, op vergelijkbare manieren als hierboven vermeld in de context van vrije aminozuren. De reactiviteiten van zijketens in intacte eiwitten verschillen enigszins van de reactiviteiten van zijketens in vrije aminozuren, in die zin dat de moleculaire omgeving waarin de zijketen zich bevindt waarschijnlijk anders is dan die van een vrij aminozuur. Dus een zwitterionisch vrij aminozuur, zelfs als het een hydrofobe zijketen heeft, heeft de neiging om in een redelijk hydrofiele (waterminnende) omgeving terecht te komen, dus de reactiviteit ervan zal kenmerkend zijn voor een waterige soort. Daarentegen zal een aminozuur met een hydrofobe zijketen in een intact eiwit gewoonlijk worden gevonden in een hydrofobe omgeving, en de reactiviteit ervan zal op passende wijze worden gewijzigd.

Disulfiden

Disulfiden zijn covalente bindingen tussen zwavelatomen. Het aminozuur cysteïne kan deelnemen aan disulfidebindingen. De vorming van een disulfide is een oxidatie-reductiereactie:
R-SH + R'-SH + 1/2 O2 --> R-S-S-R' + H2O
In deze vergelijking heb ik het oxidatiemiddel aangeduid als dizuurstof, andere oxidatiemiddelen kunnen in feite werken om het disulfide te produceren.

De enige van de twintig ribosomaal gecodeerde aminozuren die disulfidebindingen kunnen produceren, is cysteïne, waarvoor
R = (NH3) + -CH(CH2)-COO -
waar de verbinding met de zwavel op de methyleengroep in het midden zit. Wanneer twee cysteïneresiduen worden geoxideerd om het disulfide te produceren, staat de resulterende soort (R-S-S-R') soms (vooral in de oudere literatuur) bekend als een cystine deel. Binnen een eiwit kan een disulfidebinding worden geproduceerd uit een paar cysteïneresten die ver uit elkaar liggen in aminozuursequentie, zolang er een energetisch gunstige manier is om de twee cysteïnes ruimtelijk dicht bij elkaar te brengen. Sommige eiwitten, vooral die welke in een oxiderende omgeving werken, bevatten een of meer disulfiden die belangrijk zijn voor hun stabiliteit. We zullen in de volgende lezing de verschijnselen bespreken die ervoor zorgen dat eiwitten zich tot een stabiele conformatie vouwen, dus deze korte discussie is bedoeld om je honger naar meer details later op te wekken.


STPM Biologie Biologische moleculen Deel 13 Aminozuren

1. Eiwit is een organische verbinding die bestaat uit koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en soms zwavel en fosfor.

2. Eiwit is een natuurlijk polymeer, het monomeer van eiwit is aminozuur.

3. De basisstructuur van aminozuur:

Basisstructuur van aminozuur

4. Aminozuur heeft een basische aminogroep, - NH 2 en een zure carboxylgroep, -COOH en een zijketen, R. Er worden 20 soorten aminozuren gevonden in eiwitten. Verschillende aminozuren hebben verschillende R-ketens.


Functies en soorten aminozuren

Een groot deel van onze cellen, spieren en weefsels bestaat uit aminozuren, wat betekent dat ze veel belangrijke lichaamsfuncties vervullen, zoals het geven van hun structuur aan cellen. Ze spelen ook een sleutelrol bij het transport en de opslag van voedingsstoffen. Aminozuren hebben invloed op de functie van organen, klieren, pezen en slagaders. Ze zijn bovendien essentieel voor het helen van wonden en het herstellen van weefsel, vooral in de spieren, botten, huid en haar, evenals voor het verwijderen van allerlei afvalafzettingen die in verband met de stofwisseling worden geproduceerd.

Functies van aminozuren

Er zijn 20 verschillende aminozuren die samen de indrukwekkende reeks chemische veelzijdigheid van eiwitten creëren. Aminozuren kunnen essentieel, niet-essentieel of voorwaardelijk zijn. Ze worden als essentieel beschouwd wanneer ze via de voeding moeten worden ingenomen, terwijl ze niet essentieel zijn als ze door het lichaam kunnen worden aangemaakt. Voorwaardelijke aminozuren zijn meestal alleen nodig in bepaalde omstandigheden, zoals stress en ziekte.

  • Aminozuren zijn een energiebron zoals eiwitten, ze kunnen ongeveer 4 calorieën per gram leveren.
  • In het menselijk lichaam kunnen bepaalde aminozuren worden omgezet in andere aminozuren, eiwitten, glucose, vetzuren of ketonen.
  • Chemische boodschappers (neurotransmitters) in het zenuwstelsel: aspartaat, GABA, glutamaat, glycine, serine
  • Tyrosine is een voorloper van dopamine, epinefrine, noradrenaline en thyroxine.
  • Tryptofaan is een voorloper van melatonine en serotonine en nicotinezuur (vitamine B3)
  • Histidine is een voorloper van histamine.
  • Glycine is een voorloper van heem, een onderdeel van hemoglobine.
  • Aspartaat, glutamaat en glycine zijn voorlopers van nucleïnezuren, die onderdelen van DNA zijn.

Soorten aminozuren

Aminozuren worden ingedeeld in twee algemene typen: essentiële en niet-essentiële aminozuren. Essentiële aminozuren zijn aminozuren die niet door het lichaam zelf kunnen worden gesynthetiseerd en dus via uw dieet moeten worden verkregen. Niet-essentiële aminozuren zijn aminozuren die uw lichaam kan produceren, met name door de lever, zonder hulp van buitenaf.

De 20 proteïnogene aminozuren worden ook wel standaard aminozuren genoemd, die kunnen worden onderverdeeld in drie groepen: essentieel, semi-essentieel en niet-essentieel.

Acht aminozuren zijn essentieel voor de mens, omdat het lichaam ze niet zelf kan produceren en ze van buitenaf moeten worden geleverd. Dit zijn: isoleucine, leucine, lysine, methionine, fenylalanine, threonine, tryptofaan en valine.

Essentiële aminozuren

Als eerste zijn de essentiële aminozuren aan de beurt. Dit zijn de negen aminozuren die ons lichaam niet zelf kan aanmaken en die we moeten verkrijgen door verschillende soorten voedsel te eten. Volwassenen moeten voedsel eten dat de volgende acht aminozuren bevat. Histidine, het negende aminozuur, is alleen nodig voor baby's.

In plaats van een voorraad essentiële zuren op te slaan, gebruikt het lichaam ze om regelmatig nieuwe eiwitten aan te maken. Daarom heeft het lichaam een ​​continue - idealiter dagelijks - toevoer van deze aminozuren nodig om gezond te blijven.

Hier is een lijst met essentiële aminozuren die in ons lichaam worden aangetroffen:

  • isoleucine
  • histidine
  • Leucine
  • Methionine
  • Lysine
  • fenylalanine
  • Tryptofaan
  • Threonine
  • Valine

Niet-essentiële aminozuren

Het andere type zijn de niet-essentiële aminozuren, waarvan er 11 bestaan ​​en door het lichaam worden gesynthetiseerd. Dus, hoewel ze een belangrijk onderdeel zijn van het opbouwen van eiwitten, hoeven ze niet te worden opgenomen in een dagelijks dieet. Acht van deze niet-essentiële zuren staan ​​ook bekend als 'voorwaardelijk', wat betekent dat het lichaam er mogelijk niet genoeg van kan produceren wanneer het wordt geconfronteerd met aanzienlijke stress of ziekte.

Hier is een lijst met niet-essentiële aminozuren die in ons lichaam worden aangetroffen:


Bekijk de video: Properties of Water (December 2021).