Download - AMINOACIZI MD

Transcript

AMINOACIZI

IntroducereAminoacizii sunt molecule organice ce intra in alcatuirea proteinelor sau indeplinesc roluri functionale vitale.

Proprietatile generale ale aminoacizilor Fiecare aminoacid care intra in structura proteinelor (exceptie face prolina) prezinta aceeasi formula generala, fiind alcatuiti dintr-o grupare carboxil (-COOH) , o grupare functionala amino (-NH2), un atom de hidrogen si un radical R, atasate atomului de carbon . Radicalul R este diferit de la un aminoacid la altul.

Proprietatile acido-bazice ale aminoacizilor Gruparea carboxil (-COOH) si amino (-NH2) sunt capabile de ionizare, adica pot ceda sau accepta protoni in functie de pH, comportandu-se ca acizi sau ca baze. La pH fiziologic (aprox. 7,4) gruparea carboxil este incarcata negativ iar gruparea amino este incarcata pozitiv, astfel incat intreaga molecula este neutra. La pH acid, gruparea carboxil primeste protoni, astfel ca sarcina intregii molecule devine pozitiva, la pH alcalin gruparea amino cedeaza protoni intreaga molecula devenind incarcata negativ. Datorita prezentei gruparilor acide si bazice, aminoacizii sunt considerati molecule amfotere, adica se comporta in mediul acid ca baze si in mediul bazic ca si acizi. 1

CH2 CH

Structura glicinei

Atunci cand incarcatura neta a aminoacizilor sau proteinelor este zero pH-ul va fi echivalent cu punctul izoelectric:pI

Proprietatile optice ale aminoacizilor Atomul de carbon care contine patru substituenti diferiti se numeste atom de carbon asimetric (centru de chiralitate). Moleculele care prezinta astfel de centru in structura lor sunt optic active, adica pot roti planul luminii polarizate catre stanga (levogir) sau catre dreapta (dextrogir). Astfel aminoacizii (exceptie glicina) prezinta doua tipuri de izomeri: D (dextrogir) sau L (levogir).

Enantiomerii alaninei

Acesti izomeri optic activi care se prezinta ca obiectul si imaginea lui in oglinda, se numesc enantiomeri. Enantiomerii pot fi reprezentati spatial in mai multe feluri, cel mai frecvent fiind utilizat sistemul D si L prin conventie cu gliceraldehida (cel mai simplu zahar), conventie propusa de Emil Fischer in 1891.

2

Moduri diferite de reprezentare a enantiomerilor

In alcatuirea proteinelor intra numai L--aminoacizii. D-aminoacizii se gasesc in special in compozitia antibioticelor cu structura polipeptidica.

Structura enantiomerilor alaninei prin analogie cu gliceraldehida

In alcatuirea proteinelor intra 20 de aminoacizi aranjati intr-o secventa lineara determinata de codul genetic. Acesti 20 de -aminoacizi pot fi clasificati in functie de structura radicalului R. Abrevierea aminoacizilor se poate face prin 3 litere sau o singura litera. Abrevierea prin trei litere consta in primele 2 litere din numele aminoacidului plus a3a litera sau litera cu sonoritatea cea mai mare: triptofan Trp. Abrevierea cu o singura litera este folosita pentru a reda ordinea aminoacizilor intr-o secventa peptidica si este de obicei reprezentata de prima litera din denumirea aminoacidului sau de litera cu sonoritatea cea mai mare (alanina-A; arginina-R).

3

Reprezentarea codificata a aminoacizilor a fost stabilita de catre Margarett Davhoff, specialist in aplicatii matematice si analiza computerizata in domaniul biochimiei.

Clasificarea aminoacizilor in functie de natura radicalului R In functie de polaritatea catenei laterale (a radicalului R), aminoacizii pot avea caracter hidrofil sau hidrofob (pot forma sau nu legaturi de hidrogen cu apa). Aceasta proprietate este extrem de importanta pentru structura proteinelor si interactiunea dintre acestea.

1. Aminoacizi cu radical R alifatic: Aminoacizii cu radical alifatic ramificat (valina, leucina si izoleucina), au electronii impartiti egal intre atomii de carbon si hidrogen din structura lantului, din acest motiv nu pot forma legaturi de hidrogen cu apa (au caracter hidrofob). In structura proteinelor acesti radicali vor forma un miez hidrofob (intern).

Glicina

Gly G Aliphatic Nepolar

Alanina

Ala A

Alifatic

Nepolar

Valina *esential

Val V

Aliphatic Nepolar

Leucina *esential

Leu L

Aliphatic Nepolar

Izoleucina *esential

Ile I

Alifatic

Nepolar

4

2. Aminoacizi cu radical alifatic ce contin grupare hidroxil (polari neutri) Acestia pot forma legaturi de hidrogen cu apa, cu alte molecule polare sau intre ei la nivelul situsurilor de legatura din structura proteinelor. Datorita acestei proprietati (hidrofilie) ei se gasesc predominant la nivelul suprafetei proteinelor globulare solubile in apa. Ei se mai numesc si polari neutri.

Serine

Ser S

Non aromatic hidroxil

Polar neutru

Threonine *esential

Thr T

Non aromatic hidroxil

Polar neutru

3. Aminoacizi care contin sulf Catena laterala a cisteinei contine grupare sulfhidril (-SH) ceea ce ii permite formarea unei legaturi disulfhidrice cu o alta molecula de cisteina, rezultand cistina. Formarea acestei legaturi intre doua molecule de cisteina apropiate in lantul peptidic mentine apropiate cele doua regiuni, stabilizand astfel conformatia proteinelor extracelulare.

Metionina, nu contine grupare SH si din acest motiv nu poate forma legaturi disulfhidrice, ea fiind un amonoacid nepolar, hidrofob. Metionina joaca un rol important in procesele metabolice ale organismului datorita capacitatii ei de a ceda altor compusi gruparea metil (CH3) atasata atomului de sulf. Poate forma S-Adenozil-Metionina (SAM) ce serveste ca donor de grupari metal in diferite procese metabolice.

5

Cysteina

Cys C Polar neutru

Methionina Met M Nepolar *esential hidrofob

Intrebare: Cisteina este unul dintre cei doi aminoacizi cu sulf, care este celalalt?

4.Aminoacizi cu caracter acid (incarcati negativ) si amidele lor Acidul aspartic si glutamatul (acidul glutamic) prezinta in structura lor doua grupari carboxil, ceea ce le confera o incarcatura negativa (caracter acid) la pH fiziologic. Asparagina si glutamina sunt amidele acidului aspartic respectiv a acidului glutamic, care datorita prezentei gruparii amidice in molecula sunt molecule cu caracter polar neutru (neancarcate) la pH fiziologic.

Aspartic Acid

Asp D

Polar negativ

Asparagine

Asn N Polar neutru Polar negativ

Glutamic Acid Glu E

Glutamine

Gln Q Polar neutru

Acizii aspartic si glutamic se gasesc la nivelul centrului activ al enzimelor unde joaca un rol extrem de important. Intrebare: Acidul glutamic este considerat unul dintre cei doi aminoacizi cu caracter acid, care este celalalt?

5. Aminoacizi cu caracter bazic (incarcati pozitiv) Histidina, arginina si lizina au in catena laterala unul sau mai multi atomi de azot care pot accepta protoni (caracter bazic) si se pot incarca astfel pozitiv la pH fiziologic sau acid. Incarcatura pozitiva a aminoacizilor bazici le confera acestora capacitatea de a forma legaturi ionice (electrostatice) cu gruparile incarcate negativ (aminoacizi cu caracter acid, gruparile fosfat ale coenzimelor). 6

Arginine Arg R *esential

Lysine Lys K *esential Histidine His H *esential

Dupa Marks 2008

Arginina este un aminoacid esential ce contine in structura sa gruparea guanido (confera incarcatura pozitiva), aceasta structura permite legarea gruparilor fosfat si din acest motiv este frecvent intalnita la nivelul situsurilor active ale proteinelor ce leaga substrate fosforilate. Arginina este intermediar important al ciclului ureogenetic din organism, fiind hidrolizata enzimatic la uree si ornitina (aminoacid neproteinogen).

Histidina prin caracterul sau polar incarcat pozitiv poate forma legaturi ce contribuie la stabilizarea structurii pliate a proteinelor 4. Aminoacizi cu radical R aromatic Nucleul aromatic este un inel alcatuit din 6 atomi de carbon si trei duble legaturi. Aminoacizii care contin ca radical un nucleu aromatic au caracteristici diferite in functie de natura substituentilor de la nivelul acestui nucleu. De exemplu fenilalanina care nu prezinta substituenti in ciclul aromatic (electronii sunt egal distribuiti) are caracter hidrofob. Tirozina prezinta o grupare hidroxil (OH) la nivelul ciclului aromatic ceea ce ii confera posibilitatea angajarii in legaturi de hidrogen, avand astfel caracter hidrofil. Triptofanul se poate angaja in legaturi de hidrogen prin intermediul atomului de azot din nucleu, avand astfel caracter polar.

7

Dupa Marks 2008

Grupul aminoacizilor cu nucleu aromatic cuprinde: Fenilalanina care este un aminoacid esential derivat de la alanina cu un substituent fenil la atomul de carbon . Tirozina este un aminoacid esential derivat de la fenilalanina pprin hidroxilare in pozitia para a nucleului aromatic. Triptofanul este un aminoacid esential derivat de la alanina cu un substituent indol la atomul de carbon . Intrebare: care este aminoacidul derivat de la alanina cu un substituent fenil la atomul de carbon ?

Phenylalanine Phe F Nepolar *esential

Tyrosine *esential

Tyr Y

Nepolar

Tryptophan *esential

Trp W Nepolar

Chimotripsina, o enzima proteolitica a tubului digestiv, actioneaza prin clivarea legaturilor peptidice in care sunt implicate gruparile carboxil ale aminoacizilor aromatici, acestia avand catene laterale mari si neutre.

8

5. Imino acizi Prolina nu este un amino acid ci un iminoacid ce contine in structura sa o grupare imino fiind singurul iminoacid din cei 20 de aminoacizi.

Proline Pro P

Nepolar

In structura proteinelor se gaseste frecvent la nivelul buclelor formate, deoarece nu poate forma legaturi de hidrogen si din acest motiv nu exista la nivelul -helixului.

6. Aminoacizi neconventionali Majoritatea acestor aminoacizi sunt obtinuti prin modificarea enzimatica aminoacizilor conventionali, dupa incorporarea lor in structura proteinelor (modificari posttranslationale). Dintre acestia 4-hidroxi-prolina si 5-hidroxilizina se gasesc in alcatuirea colagenului si a proteinelor fibrilare din compozitia tesuturilor conective. Prezenta gruparii hidroxil, face ca hidroxiprolina sa se poata angaja in formarea legaturilor de hidrogen intre lanturile peptidice al proteinelor fibrilare permitand asocierea si impletirea lanturilor in forma helicoidala, fibrele de colagen capatand astfel o mare rezistenta mecanica.

Glicozilarea, procesul de aditie a unui rest oligozaharidic in structura proteinelor se realizeaza prin formarea de legaturi O-glicozidice la care participa gruparea hidroxil (-OH) a serinei, treoninei sau tirozinei, precum si prin legaturi N-glicozidice la care participa gruparea amino (-NH2) din structura asparaginei. Aditia de lipide , are loc la nivelul gruparii SH din structura cisteinei (ex. Palmitoilareaditia acidului palmitic), la gruparile amino din structura glicinei (ex. Miristoilare aditia gruparii miristoil).

9

Modificat dupa Marks 2008

Alte modificari ale aminoacizilor din structura unei proteine au rolul de a modifica activitatea acesteia. Aceste modificari pot fi: acetilarea (la nivelul gruparii amino terminale), fosforilarea (la nivelul gruparii hidroxil) sau ADP-ribozilarea (la nivelul atomului de azot sau sulf).

Modificat dupa Marks 2008

Selenocisteina este un alt aminoacid neconventional (nu este specificat prin codul genetic) care se obtine prin aditia seleniului la cisteina inaintea incorporarii in structura proteica. Este necesara activitatii unor enzime.

10

Dupa Marks 2008

Observatie: este important sa cunoastem caracterul fiecarui aminoacid deoarece in functie de natura radicalului, aminoacizii care intra in structura unei proteine dicteaza functia acesteia. Orice modificare (substitutie) neconservativa (ex. inlocuirea unui aminoacid cu radical hidrofob cu un altul cu radical hidrofil) duce la alterarea functiei proteinei respective. Ca sumar, aminoacizii cu caracter hidrofil sunt dispusi in exteriorul proteinei si la nivelul situsului activ al acesteia (enzime).

Aminoacizi esentiali si neesentialiOrganismul uman poate sintetiza 10 din cei 20 de aminoacizi necesari in vederea obtinerii proteinelor. Acei aminoacizi care nu pot fi sintetizati de catre organism ci sunt introdusi in organism prin dieta se numesc aminoacizi esentiali. Aminoacizii esentiali sunt: arginina, histidina, leucina, izoleucina, lizina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofan si valina. Tirozina este obtinuta din fenilalanina, din acest motiv daca dieta este saraca in fenilalanina va fi afectata si sinteza tirozinei.

Patobiochimie Exista o serie de boli care se datoreaza unor aminoacizi, afectiuni numite generic aminoacidopatii. Dintre acestea amintim: fenilcetonuria implica lipsa unei enzime (fenilalaninhidroxilaza) ce catalizeaza transformarea fenilalaninei in tirozina, ca urmare concentratiile fenilalaninei si tirozinei cresc in plasma si urina. Cistinuria: este un defect transmis genetic in sistemul de transport al membranei celulelor epiteliale.pentru cistina si aminoacizi bazici Acesti aminoacizi se acumuleaza in urina, se pot forma calculi renali care sa contina cistina. Boala Hartnup consta in transportul defectuos al aminoacizilor neutri si cresterea in consecinta a concentratiei acestora in urina. 11

-

Sindromul Fanconi consta din reabsorbtia anormala de catre celulele tubulare a aminoacizilor, fosfatului si glucozei.

Aminoacizi. Functii biochimice in organismul umanUnii aminoacizi indeplinesc rolul de neurotransmitatori, dintre fac parte: acidul glutamic, acidul aspartic, serina, acidul gama amino butiric (GABA) si glicina. Acidul glutamic (glutamatul) este cel mai frecvent neurotransmitator cu rol excitator la nivelul sistemului nervos central la vertebrate. Glutamatul este stocat in vezicule la nivelul sinapselor. Impulsurile nervoase declanseaza eliberarea glutamatului de la nivelul membranei presinaptice. Datorita rolului sau in plasticitatea sinaptica, se crede ca acidul glutamic este implicat in functiile cognitive cum ar fi invatare si memorie.La nivelul membranei neuronale si a celulelor gliale se gasesc transportorii de glutamat. Ei elimina rapid glutamatul din spatiul extracelular In traumatismele cerebrale, excesul de glutamat se acumuleaza in afara celulelor. Acest proces determina intrarea ionilor de calciu in celula prin intermediul receptorilor NMDA, ceea ce duce la deteriorarea neuronala si moarte celulara, fenomen numit si excitotoxicitate. Excitotoxicitatea datorita glutamatului apare ca parte a cascadei ischemice si se asociaza cu AVC, precum si cu alte boli cum ar fi Scleroza laterala amiotrofica, autism unele forme de retard mental si de boala Alzheimer. Acidul glutamic este implicat si in aparitia crizelor epileptice. Glutamatul poate fi utilizat deasemenea in sinteza GABA cu rol inhibitor la nivelul neuronilor GABA-ergici. Aceasta reactie este catalizata de decarboxilaza acidului glutamic care se gaseste in cantitati mari in cerebel si pancreas. Sindromul Stiffman este o tulburare neurologica caracterizata prin scaderea sintezei GABA, ce determina afectarea functiei motorii, manifestata prin hipertonie musculara. Acidul glutamic liber se gaseste intr-o varietate de alimente, inclusiv branza si sosul de soia si este responsabil pentru simtul gustului. Este deasemena folosit ca potentiator de aroma si aditiv alimentar sub forma glutamat de sodiu (o sare a acidului glutamic). Glicina este un neurotransimtator cu rol inhibitor in sistemul nervos central, in special in maduva spinarii, trunchiul cerebral si retina. Este si precursorul porfirinelor in organism (HEM-ului).

12

Acidul aspartic are si el rol de neurotransmitator, nu la fel de puternic precum glutamatul, cu proprietati excitatorii. Pornind de la triptofan in organism se sintetizeaza serotonina (neurotransmitator). 5-hidroxitriptofanul (5-HT) este folosit in tratamentul depresiei, iar L-DOPA (dihidroxifenilalanina) in terapia bolii Parkinson. Arginina este precursorul oxidului nitric (molecula cu rol de semnalizare in organism), precum si precursorul ureei. Acidul gama-amino-butiric (GABA) actioneaza prin intermediul unor receptori: GABA-A si GABA-B, acest lucru permite contolul farmacologic al actiunii acestuia prin modulatori allosterici pozitivi sau negativi. Histamina. Rol biologic Se formeaza prin decarboxilarea oxidativa a histidinei.

Aparat digestiv - acioneaz ca stimulator al secreiei gastrice, se folosete pentru determinarea capacitii secretorii acide a stomacului. Nivel cutanat - agresiunile fizice sau chimice pot determina eliberarea de histamin., fiind pricipalul mediator a alergiilor de tip I.Manifestrile clinice ale acestui tip de alergie sunt : urticaria, edem,rinit deroas, oc anafilactic. Sistem circulator -la nivel circulator, este un mediator important, efectele sale fiind proporionale cu doza dar i cu calea de administrare: administrat intravenos are efect congestiv mai ales la nivelul capului i trunchiului.n doze mari scade tensiunea arteriala prin dilatatie vasculara si scaderea volumului sanguin (hipovolemie), determinnd o stare de oc.La nivel arteriolar determin dilataia marcat a arteriolelor terminale i venulelor postcapilare. Aparat respirator Ea se mai poate elibera i din mastocite ca urmare a interaciei antigen- anticorp, avnd astfel un rol important n alergii i rspunsurile alergice.Ea provoac bronhoconstricie slab, astmaticii fiind extrem de sensibili la aceast aciune Efectele histaminei sunt mediate de 3 subtipuri de receptori histaminici: H 1, H 2, H 3 . 13

H1-Bronhoconstricie, vasodilataie, creterea permeabilitii capilare, prurit H2-Secreie acid gastric, deprimant cardiac, contracie esofagian, inhibarea H 3 Inhibirea neurotransmisiei sinaptice, Down-reglarea sintezei de histamin

eliminrii de histamin din bazofile

14