Aminohapped, peptiidid, valgud (1)

AMINOHAPED
1. definitsioon On karboksüülhapete derivaadid , mis sissaldavad ühte amiino - ja karbokspplrühma. Inimese kehas neid on 60. inimkeha valgud ja peptiidi koosnevad alfa-aminohpaetest.
2. Jaotus. 2.1 - proteinogeensed ­ kuuuvad valkude koostisse. Neid on 20 ja nendel on v' hemalt üks kodoon inimese geneetilises koodis . Neil on L-konfiguratsioon. Proteiinogeensete aminohapete derivaadid tekivad valgumolekulis juba olevate põhiaminohapete ensümaatilisel modifitseerimisel. (nt. Pro baasil tekib Hyp, Lys baasil Hyl.) Derivaate teke loob aluse valgu mingi spetsfunktsiooni täitmiseks. - Aproteingeensed ­ ei kuulu valkude koostisee. Need on rakus vabalt või mittevalgulistes ühendites. Ornitiin, tsitrulliin, beeta- alaniin , tauriin, homoseriin, betaiin. 2.2 - Asendatavad ­ inimkehas sünteesivad - Asendamatud ­ inimkeha ei sünteesi neid ise ja peab nende vajamineva koguse saama toiduga ( Val, Ile, Leu, Thr, Trp, Lys, Met, Phe, His). Asendamatuid AH-d vastavates hulkades ja sobivates vahekordades sisaldavad näiteks muna, piim, juust ja liha. Taimsed valgud (kaunviljad, pähklid, seemned) on sellised, kus puuduvad osad asendamatuid AH-d. Segatoidus loomsed ja taimsed valgud täiendavad üksteist (soovitavalt 55% loomseid ja 45% taimseid valke). Sageli asendamatud AH kirjutatakse asendatavate AH-ga paarides (Phe+Tyr; Met+Cys). S.t, et Tyr võib sünteesida Phe baasil, kui Phe jääb üle. Kui Phe ei ole -> Tyr muutub asendamatuks. Histidiin ­ inimkeha ei süntees, normaalse söömisega sünteesivad His seedekulgla mikroobid.
3. AH reaktsioonid 3.1 Dekarboksüülimine. CO2 ellimineerimine dekarboksülaasiga. Annab biogeense amiini. (Glutamaat annab -aminobutüraadi ( GABA ); histidiin -> histamiini ). Biogeensed amiinid töötavad inimkehas signaalmolekulina. 3.2 Desamiinimine. Aminorühma eraldamine molekulist ensüümi toimel. Annab vastaav ketohappe ja NH3.
3.3 Transamiinimine Aminorühma ülekandmine. Aminorühm kogub glutamiinhappe molekulide vormis. Aminohappe alfa-aminorühm kantakse üle alfa- ketohappe alfa-süsinikule. Reaktsiooni käigus aminohappest tekib talle vastab ketohape, ketohappest -> aminohape . Koensüümiks on püridoksaalfosfaat.
3.4 Peptiidsideme teke Ühe aminoghappe alfa-COOH interakteerub teise aminohappe alfa-NH2-ga, eraldyb veemolekul ja tekib kovalentne peptiidside. Peptiidsideme süntees vajab energiat. Pep-side seob aminohappejääke peptiidides ja valkudes. PEPTIIDID
On oligomeersed biomolekulid, nad koosnevad peptiidsidemega seostunud aminohappejääkidest.
1. Klassifikatsioon 1.1 Ahela pikkuse järgi ­ oligopeptiidid ­ 2-20 aminohappe jääki ­ polüpeptiidid ­ 21-50 jääke kui on rohkem, sis on valk 1.2 Sünteesi koha järgi ­ ribosomaalsed; mitteribosomaalsed; fragmenteeritud (pikk polüpeptiidne ahel inaktiivne. Proteaasiga tehakse lühemaks, mis siis omavad aktiivsust või ei oma.) 1.3 Ülesande järgi ­ signaalmolekulid; antioksüdantid; antibiootikumid; toksiinid .
Peptiidides esinevad minoorsed haped või aproteinogeensed.
2. Biofunktsioonid ­ antioksüdantsus ­ pole toime suur, OH- radikaali püüdja ­ puhverdusvõime ­ eemaldavad laktaati, et atsidoosi ei tekeks ­ kelateeriv toime ­ antiglükosüülimine ­ glõkoosi lisamine valgule, halb kui aktiivsele valgule glükoosi lisamisel muudetakse tema konformatsiooni ja funtsioon jääb täitmata (diabeet)
3. Glutatioon glutamaat-tsüsteiin-glütsiin · sisaldab inimkeha keskset aminohapet (glutamaat ehk glutamiinhape, Glu) · ebatavaline -peptiidside (isopeptiidside) · reaktiivne tioolrühm (-SH) ­ väävliaatomi elektronstruktuur on reaktiivsuse aluseks (redoksreaktisoon jt)
Glutatiooni biofunktsioonid · antioksüdant · stabiliseerib erütrotsüütide membraane · kaitseb Hb denaturatsiooni eest · kaitseb Hb oksüdeerimise eest (inhibeerib metHb teket) · mitmete ensüümide kofaktor · reguleerib ensüümide tegevust (glutationüülimine) · osaleb aminohapete transpordis läbi membraani · osaleb ksenobiootikumide detoksikatsiooniprotsessis · taastab valkude tioolrühmi
· sünteesi põhikoht on maks · sünteesi kiirust ja mahtu limiteerib tsüsteiini kättesaadavus/tase · lisamanustamine on limiteeritud VALGUD Valgud on unikaalsed ja asendamatud toitained , sest nad osalevad paljudes organismi füsioloogilistes protsessides (ensüümid katalüüsivad reaktsioone, antikehad kaitsevad organismi jne.). Valkude sünteesi eelduseks on vabade aminohapete olemasolu organismis. Kuna aminohappeid peab olema nõutavates vahekordades ja piisavates hulkades omandab õige toitumine erilise tähtsuse. Ööpäevas lammutab inimorganism umbes 400g kehavalke ja samapalju ka sünteesitakse, et säiliks tasakaal. Kõige kiiremini uuenevad soole limaskesta valgud, samuti maksa, pankrease, neerude ja vereplasma valgud. Aeglaselt asenduvad lihaste ja naha valgud.
Valgud on ühendid, mida iseloomustab: · Kõrgmolekulaarsus; · Koosnevad peptiidsidemega seotud aminohappejääkidest; · Spetsiifilisus (eri organismi valgud on erinevad) · Ahela lineaarsus ; · Bioloogiline aktiivsus; · N sisaldus.
Klassifikatsioon koostise alusel: Lihtvalgud ­ koosnevad ainult AH-jääkidest. Mida ühekülgsem on Ah koostis, seda spetsiifilisemat funktsiooni see valk täidab.
Liitvalgud ­ koosnevad valgulisest ja mittevalgulisest osast. 1. valk + glükoos = glükoproteiin ­ membraanides retseptorvalgud , viirusvastane interferoon. 2. valk + nukleiinhape = nukleoproteiin ­ kromosoomides ja ribosoomides. 3. valk + pigment = kromoproteiin ­ heem ja klorofüll. 4. valk + fosfor = fosfoproteiin ­ piimavalk kaseiin . 5. valk + lipiid = lipoproteiin ­ biomembraanides ja verest lipiidide transportija. 6. valk + metall = metalloproteiin ­ liiteensüümid ja transferiin (Fe transportiv valk).
1. Valkude ehitusprinsiibid: 1) Primaar- e esmane struktuur ­ AH suhteline hulk ja järjestus polüpeptiidahelas, mis on geneetiliselt määratletud. On aluseks kõikide kõrgemat järku struktuuride moodustamisele. Siduvaks sidemeks on peptiidside, teised sidemed esinevad ebakorrapäraselt. Selles võib peituda geneetiline viga.
2) Sekundaarstruktuur esineb kahel kujul: · polüpeptiidahela kokkukeerdumisel spiraaliks. Stabiliseerivateks sidemeteks on molekulisisesed H-sidemed; · -struktuur esineb kahe variandina: a) üks polüpeptiidahel voltub mitmekordselt üksteise kohal kokku. Stabiliseerivateks sidemeteks on molekulisisesed H-sidemed; b) mitu polüpeptiidahelat voltuvad paralleelselt ja nad asuvad kohakuti. Stabiliseerivateks sidemeteks on molekulisisesed H-sidemed; Sekundaarne struktuur esineb juustes, küüntes, sulgedes, ämblikuvõrgus, siidiniidis jne. Enamasti valgud ei ole 100% või -struktuuris, vaid üks neist vormidest esineb ülekaaluliselt.
3) Tertsiaalstruktuur tekib polüpeptiidahela spetaiaalsel ruumilisel kokkupakkimisel kas: · Kerakujuliseks gloobuliks ( sagedasem ) · Niitjaks, ellipsoidseks fibrilliks. Stabiliseerivateks sidemeteks on: a) molekulisisesed H-sidemed; b) ioonilised sidemed (erinevalt laetud radikaalide vastasmõju tekkinud) c) hüdrofoobsed sidemed (hüdrofoobsete AH radikaalide vastasmõju) d) S-S tüüpi sidemed, mis tekivad 2 tioolrühma vastasmõjul. Tertsiaarne struktuur esineb: osa ensüüme, histoonvalgud , albumiinid, globuliinid , fibrinogeen , sidekoelised valgud. Kõik aminovalgud omavad 3o struktuuri.
4) Kvaternaarstuktuur ­ mitmest polüpeptiidahelast tekkiv valgu molekul , mis on struktuurselt ja funktsionaalselt terviklik. Ehitusüksusteks on: · Subühikud, s.o struktuurid, mis iseseisvalt bioloogilist aktiivsust ei oma; · Protomeeridest subühikud, millel on teatav iseseisev katalüütiline aktiivsus. Annab uusi funktsioone valgule (peenregulatsioon). Kui polümeerne valk on geneetilise veaga -> tervikkuna struktuur on vale, vaid molekulid vüivad osaliselt funktsioneerida.
2. Denaturatsioon ja renaturatsioon Valkude denaturatsioon ­ valkude kõrgemat järku struktuuride lagunemine (kuumutamisel, kiirgus, vibratsioon , tugev alus/hape). Valk ei täita oma fuktsioone. Valkude renaturatsioon ­ kõrgemat järku struktuuride taastumine . On võimalik, kui denatureeriv faktor ei olnud tugev , toimis vähe aega, kui primaarstruktuur on elav. Valkude hüdrolüüs ­ peptiidsidemete lõhkumine ehk primaarstruktuuri lagunemine (hapetes keetmisel). Inimese maos toimub pepsiini abil HCl keskkonnas.
3. Individuaalsed valgud ­ hemoglobiin ja müoglobiin.
Heem ­ tähtsain komponent on Raud. Ioniseeritud raud annab koordinatiivseid sidemeid. Üks nendest tekib O2 vaba elektroonpaari osalusel ja sel viisil seobki Hb transporditava molekulaarse O2.
3.1 Müoglobiin sisaldub lihastes. Omab tertsiaalse struktuuri (1 polüpeptiidahel). Mb omab 1 heemi grupp, 1 heem soib 1 hapnikumolekuli. Kuna sidumise sõltuvus O2 partsiaalrõhust on hüperboolne, suudab Mb intensiivselt töötavas lihases madala osarõhu juures (5 mmHg) vabastada O2, et lihasrakkude mitokondrite tsütokroomid toodaks ATP. Mb küllastub hapnikuga madala partsiaalrõhu juures. Mb on ehituse tõttu O2 spetsiaalsalvestaja ja ajutine depoo lihaskoe suure hapnikutarbe jaoks koomavate pingutuste korral. Mb ei saa töttada O2 transpordijana kopsudest kudedesse, sest 2+ mmHg tasemel ta hapniku ei loovuta. 3.2 Hemoglobiin Sisaldub veres. Erütrotsüütides. Kvaternaarne struktuur ­ 2 alfa ja 2 beeta polüpeptiidi. Koosneb globiinist ja 4 heemist. Funktsioon ­ O2 sidumine kopsukapillaarides ja transport kudedesse. O2 sidumisel toimub SU kooperatiivsus, see tagab selle, et kopsukapillaaris O2 partsiaalrõhu üsna kitsas vahemikus toimuvast muutusest piisab , et tagada Hb O2-ga küllastamine efektiivsus ja kiirus. Tänu kooperatiivsusele tagab vaid 4-5 kordne hapniku partsiaalrõhu langus koekapillassris O2 piisava vabanemise.
Kopsudes, kus hapniku partsiaalrõhk on kõrge, seondub hemoglobiin hapnikuga: Hb + 4O2 -> Hb(O 2) 4 Lihasrakkudes, kus hapniku partsiaalrõhk on madal, vabaneb hapnik hemoglobiiniga kompleksist Hb(O 2) 4 -> Hb + 4O2
2,3-bisfosfoglütseraat. On Hb allosteeriline regulaator. BPG toodab erütrotsüütides anaeroobse glükolüüsi kõrvaltee. BPG seostub desoksüHb-ga, kergendab O2 vabastamist -> vähendab Hb afiinsust hapnikule.
Hb Klassifikatsioon. HbF ­ loote Hb, ehitus 22, HbA ­ täiskasvanute Hb, 22. HbF seob hapniku afiinsemalt, ei teki hüpoksiat.
Hb -desoksühemoglobiin HbO2 ­ oksühemoglobiin, arterites HbCO ­ karboksühemoglobiin (vingugaas + Hb). CO seostumine blokeerib O2 seostumise madalate kontsentratsioonide juures. MetHb ­ methemoglobiin. Oksüdeeritud mittefunktsionaalne vorm (ei seo ega transporteeri O2), heemis on 3- valentne raud. MetHb suure koguse korral sureb org-m hapnikunälga. Kogust võivad tekitada sulfoonamiidid, anilinvärvid, nitroühendid, nitritid , endogeensed oksüdantid. MetHb teket takistavad vit C, glükoos.
4. Sidekoe valgud. Kollageen ja elastiin 4.1 Kollageenid ­ annavad sidekoedele tugevust. Struktuur. ­ primaarstruktuur ­ antihelikaalsete aminohapete järjestus. (Gly, Pro, Hyp, Ala, Hyl). Iga kolmas jääk on Gly ja polüpeptiidahelad koosnevad valdavalt korduvblokist (Gly-X-Y)n, kus X ­ Pro ja Y ­ Hyp /Hyl. Jäägid on põhiAH-te derivaadid, tekkivad põhiAH-te ensümaatilisel reaktsioonidel. (Pro-Hyp; Lys-Hyl) Ensüümid vajavad: Cu - osaleb kollageeni ja elastiini formeerumisel koostöös vitamiin C-ga, vit C defitsiidiga kukuvad hambad välja, sest ei teki sidekoes tugevat tuge kollageen O2 - Puudus võib tekkida aneemia või vereringluse probleemide korral ( tromb ), ateroskleroos, kui koed ei saa piisavalt hapnikku. Siis ei teki kollageeni õige strktuur alfa- keto -glutaraat - Defitsiit võib tekkida, kui prevaleerib protolüüs ehk valgu lammutamine. See võib esineda põletiku korral. Süntees jääb maha, tekib palju ammoniaaki, seda tuleb korjata ja detoksikeerida, mistõttu jääb seda väheks.
­ Sekundaarstruktuur ­ atüüpiline alfa-heeliks. Pole vesiniksidemeid, teda stabiliseerib Pro ja Hyp tuumade repulsioon. ­ Tertsiaalstruktuur ­ tropokollageen. (3 alfa-ahela paremkeerduvus). On väga tugev ja praktiliselt ei veni, kuna naaberahelaid on seostunud H-, ioonsete-, hüdrofoobsete- ja kovalentsete ristsidemetega ­ Lys jääkide vahel. ­ Kvaternaar ­ mikrofibrill. Kllageensed SU-id on seovad kollageensed ristsidemed.
Kovalentne ristside tagab kollageeni tugevust. · Kollageeni poolväärtusperiood on keskmiselt aasta, ei ole kiiresti metaboliseeriv. Mida vanem on inimene, seda rohkem elab kollageeni molekul, seda rohkem ristsidemeid tekib -> kollageen muutub tugevamaks aga ka hapremaks -> venitus väheneb.
· Glükosüülimine - süsvuvesiku liitumine valkude molekuli. Muutuvad kollageeni konformatsioon ja funktsioonid. Liigglükolüüsil areneb diabeet, ilmnevad sidekoe nõrkuse sümptomid.
4.2 Elastiinid annab suurte arterite seinte, kopsude, elastsete ligamentide, naha mitmesuunaline venivus /kokkutõmbumine.
· Primaarstruktuuris ei ole korduvjärjestust. Gly rikkad osad vahlduvad Ala ja Lys lühilõikedega. · Nad ei sisalda Hyl ja süsivesikuid · On vaid üks geneetiline tüüp
Ehitus. 4 polüpeptiidseid ahelaid. Enmasti sisaldab Gly, Ala, Pro, Lys ja Hyp. Elastiinid sünteesitakse tropoelastiini monomeeridena, milles Pro hõdroksülaas tekitab Hyp. Tropoelastiin on ebakorrapäraselt keerdunud struktuur, mis võimaldab venimist. Tropoelastiini rakust tekitab Lys oksüdaas lüsiinijääkidest tsüklilisi desmosiinseid ristsidemeid. Võrkjas desmosiin tagab elastiinide suure elastsuse ning venitavuse.
Elastiini struktuuri tekkes võtavad osa samad faktorid , nagu kollageeni kohta.
5. Lihaskontraktsiooni valgud · Lihased ­ 40...50% inimese kehamassist. · Lihased muundavad ATP ja kreatiinfosfaadi keemilise energia mehhaaniliseks energiaks (tööks) ja soojuseks. · Selles tegevuses on kesksed lihaste põhivalgud aktiin ja müosiin. · See tähendab, et kontraktiilsed valgud tagavad skeletilihaste, silelihaste ning südamelihaste töö.
5.1 Aktiin · peened heterogeensed · globulaarsed SU polümeriseeruvad kaksikhelikaalseks F-aktiiniks ( Mg, ATP) · F-aktiin ühineb fibrillaarse tropomüosiini (T M) ja globulaarse troponiiniga (Tn) aktiinfilamendiks · TM tugevdab filamenti · regulatoorne Tn muudab aktiinfilamendi kaltsiumtundlikuks. Tn-C (kaltsiumsiduv SU), Tn-I (inhibeeriv, aktiiniga seostuv SU) ja Tn-T (tropomüosiiniga seostuv SU)
Vajab Mg ja ATP-d. Moodustatakse pikk filament ehk F-aktiin. 2 polüpeptiidahelat (2 F-aktiini) moodustavad aktiinifilamendi.
5.2 Müosiin Müosiinmolekuli 6 alfa-hlikaalset polüpeptiidset raskahelat keerduvad ümber üksteise moodustades müosiinimolekuli saba. Müosiinipeakestel on ATPaasne aktiivsus (seovad ja lõhustavad ATP) ning aktiini ja regulatoorsete kergahelate sidumisalad. Hing lubab müosiinipeakestel saba suhtes teatud nurga ulatuses painduda, mis on lihaskontraktsiooniks hädavajalik. ATP roll: · ATP on kontraktsiooni vahetu energiaallikas : tema hüdrolüütilise lõhustumise energiamuut kasutub müosiinipeakeste liikumiseks (keemiline energia konverteerub mehhaaniliseks) · ATP hüdrolüütilise lõhustumise energiamuudu arvel eemaldab Ca- pump sarkoplasmast kaltsiumiioone (vastu kontsentratsioonigradienti)
6. Vereplasma valgud Vereplasma proteinogramm ­ elektroforeesi abil eraldatud valgud.
Jaotus: · albumiinid · globuliinid ( 1, 2, , )
Vereseerumis: Prealbumiin Albumiin 1-globuliinid (nt. 1-antiproteaas, 1-happeline glükoproteiin, -lipoproteiin) 2-globuliinid (nt. 2-makroglobuliin, haptoglobuliin, tseruloplasmiin, CRP) -globuliinid (nt. transferriin, C3-komplementfaktor, -lipoproteiin) -globuliinid (nt. IgG, IgA, IgM, IgD, IgE) ( vereplasmas oleks ka fibrinogeen)
Veres on albumiine rohkem. Väga kiiresti metaboliseeruvad valgud. Verevalkude järgi saab leida, mis organite funktsioonid on nõrgenenud või häirunud.
Valgu koefitsient ­ albumiinide ja globuliinide suhe (1,5-2,5)
Valgufraktsioonide väärtused seerumis Prealbumiin: 0,1-0,42 g/l Albumiin: 34-50 g/l
Funktsioonid: · kaitsefunktsioon (immuuboglobuliinid) · ensümaatiline funktsioon · (nõrk) puhver , pH aäilitamine · proteaaside inhibeerimne (hoiab aktiivsust tasakaalus, väldib nende liigset valkude lõhustamist) · antioksüdatiivne funktsioon · transport- albumiinid.
-globuliine struktuur. Molekulil on kaks kergahelat (L-ahel) ja kaks raskahelat (H-ahel). Molekuli stabiliseerivad ahelatevahelised disulfiidsillad ja hüdrofoobsed sidemed. Ahelatel on varieeruvad ja konstantsed regioonid. Fab on antigeeni sidumise regioon, Fc interakteerub immuunsüsteemi teise konplemendiga. ,,Hing" lubab raskahelatel igas suunas käänduda. Di-, tri- ja pentameersed vormid koosnevad 2,3 ja 5-st monomeerist ja seondavast ahelast.