Baltymų_biochemija

Baltymų biologija

Martyna Petrulytė

Baltymai

▲ Baltymai - tai polimerinės medžiagos, sudarytos iš monomerų – aminorūgščių, kurias jungia peptidiniai ryšiai:

~N-C-(C=O)~N-C-(C=O)~N-C-(C=O) ~

Jie susidaro tarp karboksilo (-COOH) grupės vienoje aminorūgšties molekulėje ir

aminogrupės (-NH₂) – kitoje.

▲ Šios reakcijos metu atskyla vandens molekulė, tai vadinama dehidratacijos reakcija (polikondensacija).

Baltymų klasifikacija

Pagal cheminę sudėtį skirstomi į paprastuosius (proteinus) ir

sudėtinius (proteidus).

▲ Paprastiems baltymams

priskiriami tik tie baltymai, kurie sudaryti vien tik iš aminorūgščių.

▲ Sudėtiniams baltymams priskiriami baltymai, turintys

nepeptidinę dalį, kaip pavyzdžiui: lipoproteinai turi lipidinę grupę, glikoproteinai – angliavandenio liekaną, metaloproteinai - metalo atomą, chromoproteinai -

Sudėtiniai baltymai

Sudėtinių baltymų struktūroje aptinkama

nebaltyminė dalimis.

▲ Jei ši dalis yra tvirtai prijungta prie molekulės ir baltymui atliekant savo funkcijas ji neatsiskiria, tai ši grupė

vadinama prostetine grupe. Pvz., hemo prostetinė grupė hemoglobine.

▲Jei, baltymui atliekant savo funkcijas, nebaltyminė dalis tai prisijungia, tai atsiskiria nuo baltymo, ji vadinama kofaktoriumi. Kofaktorius – į fermento sudėtį įeinanti nebaltyminės kilmės nedidelės molekulinės masės organinė medžiaga ar jonas, būtina fermento veikimui. Jei kofaktorius yra organinės kilmės, jis vadinamas kofermentu (coenzyme).

Sudėtiniai baltymai

Baltymas be savo prostetinės grupės arba kofermento

vadinamas apoenzimu

(apofermentu), o baltymas su prisijungusia grupe –

Baltymų klasifikacija

Pagal struktūrą, t.y.

polipeptidinių grandinių skaičių, skirstomi į:

▲ jei molekulėje yra viena

polipeptidinė grandinė, tai baltymas vadinamas monomeriniu;

▲ jei molekulėje yra dvi

polipeptidinės grandinės, baltymas vadinamas dimeriniu;

▲ jei molekulėje yra daugiau nei dvi polipeptidinės grandinės, baltymas yra oligomerinis (trimerinis, jei

grandinės 3; tetramerinis - jei 4, pentamerinis, jei 5 ir t.t. )

Baltymų klasifikacija

Pagal molekulės formą:

▲ Globuliniai baltymai – netaisyklingai ovalios arba elipsiškos molekulės.

▲ Fibriliniai baltymai –siūlo formos molekulės;

▲Membraniniai baltymai, nuo vieno iki kelių kartų perveriantys membraną ir turintys skirtingas struktūras membranoje ir membranos išorėje, pvz., rodopsinas.

Baltymų klasifikacija

Globuliniai baltymai

▲ Globulinių baltymų ilgio ir pločio santykis yra mažesnis nei 10 kartų.

▲ Globuliniams baltymams būdingas kompaktiškas

polipeptidinių grandinių

susisukimas. Forma – sferinė arba elipsinė.

▲ Gerai tirpsta vandenyje, nesunkiai difunduoja.

▲Šių baltymų pavyzdžiai yra hemoglobinas, insulinas,

pepsinas.

Fibriliniai baltymai

▲ Fibrilinių baltymų ilgio ir pločio santykis didesnis nei 10 kartų.

▲ Fibriliniai baltymai paprastai susideda iš kelių polipeptidinių grandinių, kurios susijungia

tarpusavyje kovalentiniais ir vandeniliniais ryšiais. Forma – siūlinė.

▲ Blogai tirpsta vandenyje.

▲ Fibrilinių baltymų

pavyzdžiai yra kolagenas, keratinas, fibrinogenas.

Membraninių baltymų klasifikacija

▲

Transportiniai baltymai (kanalai ir nešikliai)

▲

Receptoriai

▲

Fermentai

▲

Linkeriai (sujungia atskirus baltymus, taip sudarydami sąlygas jiems veikti kartu)

Baltymai palaiko pastovų pH (veikia

kaip buferiai)

Baltymai palaiko pastovų pH (veikia

kaip buferiai)

Priklausomai nuo terpės pH, baltymai gali turėti

suminį nulinį, teigiamą arba neigiamą krūvį.

Skirtingai nuo aminorūgščių, jonizuotų

karboksilo grupių ar aminogrupių baltymų

makromolekulėse yra labai daug.

Aminorūgštys

▲ Nuo peptidinės grandinės karkaso (backbone) į šonus nusitęsia aminorūgščių dalys, vadinamos šoninėmis arba R-grupėmis (side chains):

-N-C-C-N-C-C-N-

▲Ląstelėse dažniausiai aptinkama 20 skirtingų

aminorūgščių. Neseniai atrastos dar dvi - selenocisteinas ir

pirolizinas, tačiau jos aptinkamos retai.

Aminorūgštys

▲ Dauguma aminorūgščių tirpaluose egzistuoja cviterijonų pavidalu, t.y., turi ir teigiamą, ir neigiamų krūvį.

▲ Aminorūgšties krūvis priklauso nuo terpės pH. Tirpalo pH reikšmė, kuriai esant dalelė netenka krūvio, t.y., tampa neutrali, vadinama

izoelektriniu tašku (pI). Tai reiškia, jog aminorūgštyje yra vienodas teigiamų ir neigiamų jonų krūvių skaičius.

▲ Paprastai gamtoje būna tik L- konfigūracijos aminorūgštys.

Aminorūgštys

Aminorūgštis Santru

mpa

Poliškumas

Alaninas Ala Nepolinė

Argininas Arg Polinė (bazinė)

Asparaginas Asn Nepolinė

Asparto rūgštis Asp Polinė (rūgštinė)

Aminorūgštys

Aminorūgštis Santru

mpa

Poliškumas

Glutamo rūgštis Glu Polinė (rūgštinė)

Glutaminas Gln Nepolinė

Glicinas Gly Nepolinė

Histidinas His Polinė (bazinė)

Aminorūgštys

Aminorūgštis Santrumpa Poliškumas

Leucinas Leu Nepolinė

Lizinas Lys Polinė (šarminė)

Metioninas Met Nepolinė

Fenilalaninas Phe Nepolinė

Aminorūgštys

Aminorūgštis Santrumpa Poliškumas

Serinas Ser Nežymiai polinė

Treoninas Thr Nežymiai polinė

Triptofanas Trp Nežymiai polinė

Tirozinas Tyr Nežymiai polinė

Erdvinė struktūra

Baltymų erdvinė struktūra susideda

dažniausiai iš trijų lygmenų (nors gali būti ir keturi):

▲ Pirminė struktūra - tai aminorūgščių seka, kurią koduoja DNR ir kuri susijungusi

peptidiniais ryšiais.

▲ Antrinė baltymo struktūra susidaro tada, kai polipeptidinė aminorūgščių grandinėlė susiveja vandenilinių ryšių dėka ir erdvėje sudaro dviejų tipų struktūras: α spirales ir β klostes.

▲ Tretinė baltymo struktūra susidaro susilanksčius antrinei baltymo struktūrai į įvairios formos molekules, kurias stabilizuoja vandeniliniai, joniniai, kovalentiniai ryšiai bei hidrofobinė sąveika.

▲ Ketvirtinė baltymo struktūra susidaro susijungus kelioms polipeptidinėms

α spiralės ir β klostės

▲ α-spiralės susidaro taip:

vandeniliniais ryšiais kiekviena karbonilo (>C=O) grupė

susijungia su kas ketvirta po jos einančia amino (>N-H) grupe.

▲ β klostės susidaro taip: lygiagrečiai sugulus dviem ir daugiau polipeptidinėms

grandinėms, tarp jų susidaro vandenilinės jungtys,



_{motyvai (}

_Beta

_-

_alpha

_-

_beta

_(βαβ)

motif)

sudaro statinės formos

struktūras

Tretinę baltymo struktūrą palaiko

įvairūs ryšiai

Tretinę baltymo struktūrą palaiko

įvairūs ryšiai

Ketvirtinė baltymo struktūra

Šoninės grupės

Šoninės aminorūgštys skirstomos į grupes:

▲ Polinės (turinčios teigiamą arba neigiamą krūvį), kurios gali:

• disocijuoti ir įgauti neigiamą krūvį (pvz., asparto rūgštis) -COOH virsta į -COO- _;

• prisijungti protoną ir įgauti teigiamą (pvz., lizinas) krūvį -NH₂ virsta -NH₃+ _.

▲ Nežymiai polinės (turinčios -OH ir -NH₂ grupes, kurios turi dalinius teigiamus arba dalinius neigiamus krūvius (pvz., treoninas).

▲ Nepolinės (hidrofobinės) – šoninėse grupėse turi aromatinę grupę (pvz.,

tirptofanas) arba yra sudarytos iš alifatinių (neturinčių ciklo) dalių (pvz., izoleucinas).

▲ Tio grupė (-SH) grupės – sudaro nepolines molekulių dalis, vadinamas disulfidiniais tilteliais (-S-S-). Svarbiausia aminorūgštis, turinti -SH grupę, yra cisteinas.

Denatūracija

▲ Baltymo erdvinė struktūra lemia jo atliekamas funkcijas. Toks

baltymas, kuris turi natūralią konformaciją, t.y. atlieka jam būdingas funkcijas, vadinamas natyviu.

▲ Paveikus baltymą tokiai s veiksniais kaip temperatūra, pH, organiniais tirpikliais, įvyksta jo dentaūracija. Denatūruotas baltymas praranda funkcinį aktyvumą.

▲ Kai kuriems baltymams būdinga renatūracija – procesas, kurio metu denatūruotas baltymas atgauna natyvią formą.

Baltymų gryninimo metodai

1.Išsūdymas

Išsūdymas remiasi jų išskirtiniu tirpumu įvairios

koncentracijos druskų tirpaluose. Dažniausiai

išsūdyti naudojamos įvairios amonio sulfato

(NH

4

)

2

SO

4

koncentracijos.

Dializė atliekama naudojant pusiau pralaidžias

membranas, kaip pavyzdžiui, celofaną. Tokios

membranos praleidžia tik tam tikro dydžio

molekules, o didesnės yra sulaikomos.

Baltymų gryninimo metodai

2.Dializė

Baltymų gryninimo metodai 3.

Elektroforezė

SDS-PAGE

SDS-PAGE – tai natrio

dodecilsulfato poliakrilamidinio

gelio elektroforezė, kuri atliekama

denatūruojančiomis sąlygomis.

NDS yra anijoninis detergentas,

kuris suteikia baltymams neigiamą

krūvį. Tad paveikus baltymą SDSu,

jis tampa neigiamas.

PAGE atskiria skirtingus baltymus

pagal jų molekulinę masę.

Norint atlikti baltymų išgryninimą elektroforezės metodu, būtina sukurti denatūravimo terpę.

Kaip buvo minėta praeitoje skaidrėje, viena iš medžiagų, denatūruojančių baltymus, yra SDS.

Šioje PAGE reakcijoje taip pat naudojami:

EDTA – medžiaga, prisijungianti divalenčius katijonus, todėl sumažina

proteazių, kurių kofaktoriai yra tokie divalenčiai metalai kaip magnis ir kalcis, aktyvumą.

Tris buferis reikalingas pastovaus pH palaikymui.

Glicerolis – alkoholis, kuris neleidžia mėginiui iškilti į paviršių iš šulinėlio. Bromfenolio mėlis yra dažas, kurio dėka galime sekti elektroforezės eigą. Ditiotreitolis (DTT) yra reduktorius, kuris redukuoja disulfidines jungtis tarp cisteino molekulių.

Baltymų gryninimo metodai 3.

Elektroforezė

Baltymų gryninimo metodai

3. Elektroforezė SDS-PAGE

Baltymų gryninimo metodai

4.Chromatografija

Yra keturios pagrindinės chromatografijos rūšys:

1. Jonų mainų

2. Gelfiltracijos

3. Afininė

Baltymų gryninimo metodai

4.Chromatografija

Gelfiltracijos

metodas naudojamas

išfrakcionuoti baltymus pagal jų molekulinę

masę, t.y. dydį.

Baltymų gryninimo metodai

4.Chromatografija

Jonų mainų chromatografija

remiasi baltymų krūvių

skirtumu. Reakcijoje naudojami polimerai, turintys

skirtingo krūvio funkcines grupes. Skiriami teigiamą

krūvį turintys polimerai ir neigiamą krūvį turintys

polimerai.

Baltymų gryninimo metodai

4.Chromatografija

Afininėje (giminingumo) chromatografijoje panaudojama baltymų savybė sąveikauti su skirtingais ligandais, kurie yra

imobilizuoti prie kieto nešiklio. Ligandai gali būti substratas arba kofermentas. Prie ligandų specifiškai jungiasi tik baltymai. Visi kiti baltymai patenka į eliuatą (skystį, išsiskiriantį reakcijos metu).

Baltymų gryninimo metodai

4.Chromatografija

Hidrofobinės sąveikos metu hidrofobinės baltymo dalys jungiasi prie tam tikrų

vamzdelio vietų.

Didelė druskų koncentracija tirpale stabilizuoja baltymus, todėl padidėja baltymų

hidrofobinių dalių sąveika su vamzdelio sienelėmis. Keičiant pilamo druskos tirpalo

koncentraciją, keičiasi baltymų hidrofobinė sąveika su

vamzdeliu, todėl galima išskirti skirtingus baltymus.

Šaltiniai

Antanas Praškevičius , Laima Ivanovienė, Biochemija

Zita Naučienė, Vida Mildažienė, Dalė Vieželienė, Rasa Žūkienė, Biochemijos laboratoriniai darbai Jurgis Kadziauskas, Biochemijos pagrindai

http://www.bb.iastate.edu/~thorn/BBMB201/Images/Image85.gif http://avonapbio.pbworks.com/f/Quaternary%20Structure.png http://www.mdpi.com/2076-3425/4/1/91 https://www3.nd.edu/~aseriann/fibglob.gif http://web.sls.hw.ac.uk/teaching/Derek_J/A13MM1-web/Lectures/files/collagen/files/1_2.jpg http://www.protein-structure.net/images/Hemoglobin.jpg http://academia.cch.unam.mx/wiki/biologia3y4/images/wiki_biologia3y4/f/f4/Enzima_y_cofactor.jpg http://pollen.utulsa.edu/Cell-Biology/Enzymes/img031.JPG http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/Enzymes.JPG http://www.accessexcellence.org/RC/VL/GG/ecb/ecb_images/11_20_membrane_proteins.jpg http://dc388.4shared.com/doc/Seq2pq79/preview008.png http://www.siumed.edu/~bbartholomew/images/chapter6/F06-11.jpg http://cacingkecil.files.wordpress.com/2010/01/fraksinasi.jpg http://www.bio.davidson.edu/genomics/method/SDSPAGE/SDSwprotein.GIF http://site.motifolio.com/images/SDS-PAGE-6111177.png http://www.pha.jhu.edu/~ghzheng/old/webct/note1_1.files/F03-43B.jpg http://www.ucl.ac.uk/~ucbcdab/enzpur/images/gelexcl700.jpg http://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop425/0011_1A_Proteinbiotech_en_book/images/image081.png http://biochem.co/wp-content/uploads/2008/08/zwitterions-iso-electronic-points.png http://static-www.icr.org/i/articles/imp/imp-023.gif https://www.aiche.org/sites/default/files/styles/aiche_content/public/images/webinar/global_biological-engineering-protein-434px-Myoglobin.png http://www.southtexascollege.edu/modeh/1408webpage_files/CH3_files/image019.jpg http://www.functionalfitmag.com/blog/wp-content/uploads/2012/07/High-Protein-Foods.jpg http://www.juit.ac.in/attachments/Metallopred/images/image_GLO1_Leishmania_major_small_fast.jpg http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/561aminostructure.html http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Class/MLACourse/Original8Hour/Genetics/protein.gif