Aminozuren (CHMBCM21) College 3, CHMBCM21 Barbara Schrammeier Eddy van der Linden

Centrale dogma

Aminozuren Rest groep α C-atoom Amino groep Carboxyl groep

Eiwitten

Aminozuren Indeling op basis van restgroep (zijketen): 20 verschillende aminozuren te onderscheiden in onze eiwitten Indeling op basis van restgroep (zijketen): 15 AZ met een neutrale zijketen (polair of apolair) 2 AZ met carboxylzure groep in zijketen (zure AZ) 3 AZ met aminegroep in zijketen (basische AZ) Naamgeving: triviale naam, 3-lettercode en 1-lettercode bv. Tryptofaan, Trp, W

Aminozuren 11 van de 20 aminozuren kan ons lichaam zelf maken 9 van de 20 aminozuren moeten via voeding worden aangeleverd, de “essentiële” aminozuren genoemd: Val, Ile, Leu, Met, Phe, Trp, Thr, Lys en His

Aminozuren met polaire restgroep Serine (Ser or S) Threonine (Thr or T) Cysteine (Cys or C) Tyrosine (Tyr or Y) Asparagine (Asn or N) Glutamine (Gln or Q)

Aminozuren met apolaire restgroep Glycine (Gly or G) Alanine (Ala or A) Valine (Val or V) Leucine (Leu or L) Isoleucine (Ile or I) Methionine (Met or M) Phenylalanine (Phe or F) Tryptophan (Trp or W) Proline (Pro or P)

Aminozuren Zure aminozuren Asparaginezuur Glutaminezuur Aspartic acid (Asp or D) Glutamic acid (Glu or E) Asparaginezuur Glutaminezuur

Aminozuren Basische aminozuren Lysine (Lys or K) Arginine (Arg or R) Histidine (His or H)

Aminozuren Naast de 20 algemeen voorkomende aminozuren bestaan er ook modificaties van deze aminozuren. Ook deze gemodificeerde aminozuren kunnen aanwezig zijn in eiwitten. Hydroxyproline komt voor in collageen en bv. in Glycoproteinen van de celwanden van planten.

Aminozuren lysine Hydroxylysine komt ook voor in Collageen Hydroxylysine komt voor in histon- eiwitten

Aminozuren Alle aminozuren, behalve glycine, hebben een asymmetrisch centrum: het α koolstofatoom (een chiraal koolstof atoom) α C-atoom

Aminozuren D- en L-alanine zijn enantiomeren van elkaar. Figure: 24-03 Title: Molecular Handedness Caption: Figure 24.3  Alanine (2-aminopropanoic acid) has no symmetry plane and can therefore exist in two forms—a “right-handed” form and a “left-handed” form. Propane, however, has a symmetry plane and is achiral. D- en L-alanine zijn enantiomeren van elkaar.

Aminozuren Figure: 24-04-01UN Title: Chiral Amino Acids Caption: Nineteen of the twenty common amino acids are chiral because they have four different groups bonded to the alpha carbon. Only glycine is achiral since it has two hydrogens attached to the alpha carbon and would have a plane of symmetry.

Aminozuren Hydrolyse reactie Serine Tyrosine Cysteine Peptide bond Zijketens (side chains) Ruggegraad (backbone) Serine Tyrosine Cysteine Hydrolyse reactie

Aminozuren Amino uiteinde N-terminus Carboxy uiteinde C-terminus Nieuw gevormde peptide band (amide band) Amino uiteinde N-terminus Carboxy uiteinde C-terminus N-terminus C-terminus

Peptiden Dipeptide : AZ-AZ Tripeptide : AZ-AZ-AZ Polypeptide : < 100 AZ Eiwit : ≥ 100 AZ

Peptiden L-Aspartyl-L-phenylalanine methyl ester (Aspartaam, zoetstof) Tyr-Gly-Gly-Phe-Met (Met-enkephalin, neuropeptide (endorfine)) Carbon Nitrogen Hydrogen Sulfur Oxygen

Eiwitten “Protein” is afgeleid van het griekse woord “proteios” wat primair betekent van primair belang voor alle levende organismen vormen 50% van lichaamsdrooggewicht meer dan 100.000 verschillende soorten eiwitten in ons lichaam - een polymeer van aminozuren (≥ 100 AZ) de vele verschillende combinaties en volgordes van aminozuren zorgen voor de eigenschappen en biologische activiteit van de eiwitten

Opbouw van eiwitten Primary Structure Secondary Structure Tertiary Quaternary Structure  pleated sheet +H3N Amino end Examples of amino acid subunits  helix

Eiwitten Tijdens het translatieproces wordt de primaire structuur van het eiwit gevormd +H3N COO -

Eiwitten De N-Cα en de Cα-C bindingen kunnen roteren binnen een polypeptide keten

Eiwitten - α-helix - β-vouwblad structuur (β plated sheat) - β-lus Ongeordende struktuur (random coil)

Eiwitten α-helix (Pauling en Corey) ontstaat door H-bruggen tussen de peptidebanden van elk 4de aminozuur De primaire polypeptideketen is longitudinaal om een imaginaire as gedraaid, waarbij de R-groepen naar buiten steken 0,54 nm

Eiwitten 25% van alle aminozuren is onderdeel van een α-helix Figure: 24-07 Title: Secondary Protein Structure Caption: Figure 24.7  The a-helical secondary structure of keratin. The amino acid backbone winds in a right-handed spiral, much like that of a telephone cord. 25% van alle aminozuren is onderdeel van een α-helix Keratine (in wol, haar, nagels) bestaat hoofdzakelijk uit α-helices

Secundaire structuur van Eiwitten β-vouwblad structuur - ontstaat door H-bruggen tussen naburige ketens uitgerekte vorm onderscheiden: Antiparallel (tegengesteld) parallel (gelijkgericht) Fibrine (in zijde) is opgebouwd uit β-vouwbladen

Secundaire vorm van Eiwitten β-lus (draai) Hairpin draai ( 4 AZ , 180o) - C=O groep van AZn vormt H-brug met -NH groep van AZn+3 - anti-parallele β-strengen kunnen op deze wijze met elkaar verbonden worden

Eiwitten - Stabilisatie - helix : interacties R-groepen - Destabilisatie - helix : proline, hydroxyproline - Destabilisatie -helix : Glu, Asp, Lys, Arg, Gly, Ser, Ile, Thr - Stabilisatie -vouwblad: Gly, Ala - Destabilisatie -vouwblad: Phe, Tyr, Glu, Lys

Eiwitten Proline Glycine Proline komt vaak als cis-vorm in bochten voor omdat deze automatisch een scherpe knik vormt. De N in proline is onderdeel van een ringstructuur en is draaiing rond de N-Cα as niet mogelijk, waardoor proline zelden is te vinden in α-helices Glycine heeft meer flexibiliteit dan andere aminozuren waardoor glycine polymeren neigen naar een ander soort helische structuur. Hierdoor is ook glycine zelden te vinden in α-helices

Eiwitten Het resultaat van interacties tussen de zijketens van de verscheidene aminozuren: - hydrofobe interactie tussen AZ met apolaire zijketens (v.d. Waalskrachten) - H-bruggen tussen AZ met polaire zijketens - ionbruggen tussen AZ met positief en negatief geladen zijketens - disulfide bruggen (covalente bindingen) tussen cysteine monomeren De tertiaire structuur levert de overall conformatie van een polypeptide Eiwitten onder te verdelen in: - bolvormig (globular) - vezelvormig (fibrous)

Fig. 5-21f Eiwitten

Eiwitten Een waterstofbinding is een aantrekkende kracht tussen een H-atoom dat gebonden is aan een zeer electronegatief atoom en een lone pair aan een ander electronegatief atoom. Waterstofbindingen vinden bijvoorbeeld plaats in water en ammonia

Eiwitten → Waterstofbindingen kunnen tot stand komen omdat OH, NH en FH bindingen zeer polair zijn met de partiële positieve lading op het H-atoom en de partiële negatieve lading op het electronegatieve atoom. → Daarnaast hebben H-atomen geen electronen om hun nucleus af te schermen (shielding) en zijn ze zeer klein waardoor ze door andere moleculen zeer dicht benaderd kunnen worden. → Het gevolg hiervan is dat de dipool-dipool aantrekking tussen zo’n H-atoom en zo’n lone pair zo ongewoon sterk is (-40 kJ/mol) dat zich een waterstofbinding (waterstofbrug) vormt.

Eiwitten Waterstofbindingen tussen aminozuren

Eiwitten POLAIR APOLAIR

Eiwitten Hydrofobe interactie = Interactie tussen apolaire moleculen in een waterig milieu: Interactie tussen polaire watermoleculen is zo sterk dat apolaire moleculen naar elkaar toe worden gedreven om de verstoring van de waterstructuur te minimaliseren

Eiwitten Figure: 24-09 Title: Myoglobin Caption: Figure 24.9  Secondary and tertiary structure of myoglobin, a globular protein found in the muscles of sea mammals. Myoglobin has eight helical sections. Myoglobine (in skeletspieren van zee zoogdieren), 153 AZ, 8 α-helices, bolvormig (globulair) , zuurstof opslag en een bijzondere groep (haem groep)

Eiwitten Een functioneel eiwit kan uit 2 of meerdere polypeptideketens (subeenheden, subunits) bestaan. Door interacties tussen de zijketens van aminozuren uit de subeenheden wordt de quaternaire structuur gevormd. Hemoglobine 4 polypeptideketens: 2 2

Eiwitten De aminozuursequentie (de primaire structuur) bepaalt waar de α-helix, het β vouwblad, de disulfide bruggen etc. zich kunnen vormen

Eiwitten Een eiwit kan ontvouwen (denatureren) bij: hoge temperatuur - hoge of lage pH - hoge concentraties ureum of guanidine - apolaire oplosmiddelen

Eiwitten Bij denaturatie verliest het natieve eiwit haar quaternaire (indien van toepassing), tertiaire en secundaire structuur en daarmee haar biologische activiteit. (let op voor hoge koorts!) De primaire structuur van het eiwit blijft bij denaturatie intact Denaturatie is meestal irreversibel, heel soms reversibel

Eiwitten Denaturation Normal protein Denatured protein Renaturation

Eiwitten Experiment door Anfinsen Eiwit: Ribonuclease 1 2 Natief, katalytisch actief ontvouwen, inactief natief, katalytisch actief 1: toevoeging ureum of beta-mercaptoethanol 2: verwijderen ureum of beta-mercaptoethanol

Eiwitten Chaperonines (chaperon eiwitten) assisteren andere eiwitten om correcte vouwing aan te nemen. Waar zullen chaperonines voorkomen in de cel??

Leerstof Week 3 Campbell, N.A.; Reece, J. B., Biology (ninth edition):   Campbell, N.A.; Reece, J. B., Biology (ninth edition): Ho 5: The Structure and Function of Large Biological Molecules 5.4 (blz 123 t/m 132) McMurry-Fay, Chemistry (sixth edition) Ho 23: Organic and Biological Chemistry 23.10 (blz 934 t/m 937)