Biomolekyylit 2. Nukleotidit, aminohapot ja proteiinit

Transkriptio

1 Biomolekyylit 2 Nukleotidit, aminohapot ja proteiinit

2 Nukleotidit Ihmisen perimä, eli DNA (deoksiribonukleiinihappo) muodostuu pitkästä nukleotidiketjusta. Lisäksi nukleotidit toimivat mm. proteiinisynteesissä (RNA) viestimolekyyleinä (camp) koentsyymeinä (NAD+) solun energiataloudessa (ATP).

3 Nukleotidit Nukleotidit muodostuvat pentoosisokerista, fosfaattiryhmästä ja pyrimidiini- tai puriini-emäksestä.

4 Pentoosisokeri Pentoosisokerina voi toimia joko deoksiriboosi tai riboosi. DNA:ssa deoksiriboosi RNA:ssa riboosi. Ero 2. hiilessä: Riboosissa siinä on hydroksyyliryhmä, deoksiriboosissa ei. Deoksiriboosi Riboosi

5 Emäsosa Typpipitoinen rengasrakenne Adeniini ja guaniini ovat puriiniemäksiä Tymiini ja sytosiini pyrimidiinejä Ribonukleiinihapossa (RNA) tymiini on korvattu urasiililla. Adeniini Sytosiini Urasiili Guaniini Tymiini

6 Nukleotidiketjut Nukleotidit pystyvät polymerisoitumaan, jolloin nukleotidit liittyvät yhteen pitkäksi ketjuksi. Liittyminen tapahtuu pentoosisokerin kolmannen hiilen ja fosfaattiryhmän välillä. Muodostuu fosfoesterisidos. Tälläistä nukleotidiketjua kutsutaan nukleiinihapoksi.

7 Nukleotidien polymerisoituminen

8 DNA DNA (deoksiribonukleiinihappo) on kromosoimessa solun tumassa. Kromosomit koostuvat yhtäjaksoisesta DNA:sta ja proteiineista DNA sisältää ihmisen perimän. Ohjeet proteiinien synteesiin Kromosomi

9 DNA:n rakenne Muodostuu kahdesta toisiinsa kietoutuneesta nukleotidiketjusta. Kaksoishelixi Nukleotidiketjuja pitää kiinni toisissaan emästen väliset vetysidokset. Emäkset pystyvät pariutumaan vain tietyllä tavalla: Sytosiini guaniin kanssa ja tymiini adeniinin kanssa. Sytosiinin ja guaniinin välillä on 3 vetysidosta, tymiinin ja adeniin välillä 2.

10 DNA:n rakenne Vetysidokset pystytään myös purkamaan ja muodostamaan uudestaan, mikä helpottaa juosteiden kopioimista. Hydrofiilisten fosforihappojen ulospäin suuntautuminen ja niukkaliukoisten emäksien ja niiden välisten vetysidosten sisään jääminen tekee DNA:n kaksoishelixistä stabiilin rakenteen.

11

12 DNA Emäsjärjestys sisältää geenit ja ohjeet niiden luentaan DNA-molekyyli on pitkä ja emäkset voivat olla siinä missä tahansa järjestyksessä Sisältää paljon informaatiota

13 RNA RNA (ribonukleiinihappo) toimii solussa tiedonsiirtäjänä (mm. proteiinisynteesissä). RNA:ta on useampaa eri tyyppiä, esim. mrna, trna ja rrna Eri RNA-tyypeillä on eri tehtävät solussa. mrna kopioi DNA:sta emäsjärjestyksen, trna siirtää aminohappoja ribosomissa kodonisäännön mukaan...

14 RNA Eroaa DNA:sta muutamalla tavalla: Yksittäinen juoste Pentoosisokerina toimii deoksiriboosin sijaan riboosi Tymiini-emäksen tilalla urasiili.

15 Onko alla oleva pätkä DNA- vai RNAjuostetta?

16 RNA-juostetta, koska Ei ollut kaksoisjuoste Pentoosisokerina riboosi Keskimmäinen emäs oli urasiili

17 ATP ATP on energian välivarasto. Solun aineenvaihdunnassa vapautuvan energian avulla muodostetaan ATP:ta, jota sitten käytetään energiaa vaativiin reaktioihin. ATP (adenosiinitrifosfaatti) muodostuu adeniini-nukleotidistä, jonka fosforiryhmään on sitoutunut 2 fosforiryhmää ATP (adenosiinitrifosfaatti)

18 ATP ATP synteesi: ADP+Pi ATP Fosfaattien hydrolyysistä vapautuu paljon energiaa: ATP ADP+Pi Myös ADP voidaan hydrolysoida, jolloin vapautuu lisää energiaa: ADP AMP+Pi AMP (adenosiinimonofosfaatti) ADP (adenosiinidifosfaatti)

19 ADP Pi ATP Oikealla mentäessä muista reaktioista saatua energiaa sidotaan yhdisteeseen (ATP). Vasemmalle mentäessä energiaa vapautuu muihin (eri) reaktioihin.

20 Aminohapot ja polypeptidit

21 Aminohapot Aminohapot ovat proteiinien rakennusaine. Nissä on samassa molekyylissä sekä aminoryhmä, että karboksyyliryhmä. Jos aminoryhmä on karboksyyliryhmän hiilen viereisessä hiilessä, kyseessä on α- aminohappo. Aminohapoilla esiintyy myös L- ja D-isomeriaa (kuten hiilihydraateilla). Elimistön aminohapot ovat L-muotoa. α-alaniini

22 Karboksyyliryhmän ja sen viereiseen hiileen liittyneen aminoryhmän muodostaman rungon lisäksi aminohapoissa on sivuketju. Sivuketjun rakenteen perusteella aminohapot voidaan jakaa mm. happamiin, emäksisiin, varauksettomiin hydrofiilisiin, hydrofobisiin ja rikkiä sisältäviin aminohappoihin.

23 Aminohappojen autoprotolysaatio Suurin osa aminohapot esiintyvät fysiologisessa ph:ssa kahtaisioneina: niiden happoryhmä on luovuttanut protonin emäsryhmälle happoryhmälle tulee negatiivinen varaus ja emäsryhmälle positiivinen. Kuitenkin kokonaisvaraus on nolla.

24 Aminohappojen autoprotolysaatio Aminohapon amino- ja karboksyyliryhmän lisäksi sivuketju voi protolysoitua. Tällöin aminohappo voi saada myös ulkoisen varauksen. Glutamaatti

25 Peptidisidos Peptidisidos syntyy, kun aminohapot kondensoituvat. Muodostuu karboksyyli- ja aminoryhmien reagoidessa Samalla lohkeaa vettä

26 Peptidit Aminohapon liittymisen jälkeen sillä on vielä vapaa karboksyyli- tai aminoryhmä. Näihin voi liittyä uusia aminohappoja peptidisidoksilla, jolloin aminohappoketju pitenee. Liittyminen tapahtuu aina alfa-hiilestä lähtevään karboksyyli-/aminoryhmään! Aminohappojen peptidisidoksilla muodostamaa ketjua kutsutaan peptidiksi.

27 Peptidit Di-, tri-, oligo- ja poly- etuliitteitä voidaan käyttää kuvaamaan peptidiketjun pituutta Peptidiketjun katsotaan alkavan aminohaposta, jossa on vapaa aminoryhmä (N-pää), ja loppuvan aminohappoon, jossa on vapaa karboksyyliryhmä (C-pää).

28 Monestako aminohaposta peptidi koostuu?

29 Neljästä Aminohappojen väliset peptidisidokset ympyröity.

30 Piirrä tripeptidi glutamiini-seriini-alaniini, jossa glutamiinissa on C-pää. glutamiini alaniini seriini

31 Huomioi: Aminohappojen järjestys (glutamiini-seriini-alaniini) C- ja N-päät (C-pää, eli vapaa karboksyyliryhmä glutamiinissa, N-pää, eli vapaa aminoryhmä alaniinissa.) Peptidisidos muodostuu oikeiden ryhmien välille (α-hiilen aminoryhmän ja toisen aminohapon α-hiilen viereisen karboksyyliryhmän) glutamiini alaniini seriini

32 Proteiinit Pitkät (>50) kolmiulotteisin rakenteen omaavat polypeptidiketjut ovat proteiineja. Proteiinit ovat mukana lähes kaikissa solun toiminnoissa: Solun liikkuminen Solujen yhteenliittäminen Signaalivälitys Immuunipuollustus Entsyymitoiminta Geenien säätely Jne...

33 Proteiinien teko Ribosomi muodostaa aminohapoista polypeptidiketjua mrna:n emäsjärjestyksen perusteella (kodonisääntö) DNA koodaa 20 eri aminohappoa. Näistä n. puolet on saatava ravinnosta (välttämättömät aminohapot) Loput voidaan valmistaa itse, tai syntetisoida välttämättömistä. Tryptofaani (välttämätön aminohappo)

34 Proteiinit: primäärirakenne Primäärirakenteella tarkoitetaan aminohappojärjestystä. Primäärirakenne aiheutuu siis kovalenttisistä sidoksista. Primäärirakenne voidaan ilmoittaa esim. käyttämällä aminohappojen lyhenteitä: (N-pää) Ala-Gln-Orn-Leu-Orn-Gly-His-Met- Val-Glu-Cys (C-pää)

35 Proteiinit: sekundäärirakenne Sekundäärirakenteella tarkoitetaan aminohappoketjun muotoa. Sekundäärirakennetta ylläpitävät erillisten peptidisidosten atomien väliset vetysidokset. Voi muodostua mm. serpenttiinimäinen alfaheliksi tai tasomainen beta-laskos Peptidiketjussa ei välttämättä kokoajan ole selvästi tunnistettavaa sekundäärirakennetta

36 Alfa-heliksi Syntyy, kun peptidisidoksen karbonyyliryhmä muodostaa vetysidoksen neljän aminohapon päässä olevan typen vedyn kanssa.

37 Beta-laskos Primäärirakenteessa kaukana toisistaan olevat peptidisidosten vedyt ja hapet asettuvat vierekkäin muodostaen vetysidoksen Beta-laskoksia voi olla useita vierekkäin

38 Proteiinit: tertiäärirakenne Polypeptidiketjun kolmiulotteinen rakenne. Tertiäärirakenteeseen vaikuttaa sivuketjujen väliset sidokset: Rikkisillat (R-S-S-R ) Karboksylaattianionin ja ammoniumtypen muodostama suolasilta Sivuketjujen heteroatomit (vetysidokset) Hydrofobiset vuorovaikutukset (hydrofobiset osat pyrkivät olemaan lähekkäin ja hautautumaan proteiinin sisään, eli piiloon vedeltä)

39 Proteiinit: kvaternäärirakenne Useamman yhteen liittyneen peptidiketjun rakenne Suolasillat Vetysidokset Hydrofobiset vuorovaikutukset Esim. Hemoglobiinin 4 peptidiketjun (2 punaista ja 2 sinistä) kvaternäärirakenne. Serpenttiinit ovat kunkin peptidiketjun alfa-heliksejä.

40

41 Proteiinien laskostuminen Syntyvä proteiini alkaa heti hakemaan energeettisesti edullisinta konformaatiota. Jotkut proteiinit tarvitsevat laskostumiseen apua kaitsijaproteiineilta eli chaperoneilta. Proteiinien oikeinlaskostuminen on tärkeää niiden toiminnalle. Väärä ph, lämpötila tai muu ympäristön tekijä voi muuttaa rakennetta ja lopettaa proteiinin toiminnan (denaturoida). Väärinlaskostuvat proteiinit voivat olla jopa vaarallisia, jos niitä ei saada hajoitettua (esim. Alzheimer)

42 Prioni-tauti (esim.hullun lehmän tauti bovine spongiform encephalopathy ) Prioni (proteiinin kaltainen tautia aiheuttava osanen ) saa aikaa jostain syystä proteiinin rakenteeseen ylimääräisen rikkisillan (S-S). Proteiinin tertiäärirakenne muuttuu, eikä enää toimi. Lisäksi muuttunut proteiini alkaa katalysoimaan samanlaisia muutoksia muille normaaleille proteiineille. Taudin edetessä aivosoluja alkaa tuhoutumaan, joka johtaa kuolemaan.

43 Entsyymit Entsyymit ovat yksi tärkeä ja suuri proteiiniryhmä. Ne ovat elimistössä toimivia biokatalyyttejä, eli ne nopeuttavat elimistössä tapahtuvia kemiallisia rektioita (jopa 10¹⁷-kertaisesti). Ilman entsyymejä reaktiot etenisivät huomattavasti hitaammin jolloin eläminen olisi käytännössä mahdotonta.

44 Entsyymit Entsyymien toiminta perustuu reaktioiden aktivaatioenergian madaltamiseen. Ne ovat erittäin spesifejä katalyyttejä Kukin entsyymit katalysoi vain tiettyä reaktiota. Entsyymien toiminnalle on erityisen tärkeää oikeanlainen ympäristö: Ne denaturoituvat helposti, kadottaen katalyyttisen kykynsä.

45 Entsyymit Entsyymien avulla reaktioiden kulkua ja vaihtoehtoreittejä pystytään säätelemään. Solu säätelee entsyymien aktiivisuutta, jonka kautta reaktioiden nopeutta. Koska entsyymit katalysoivat reaktioita molempiin suuntiin, lähtöaineiden ja lopputuotteiden määrä säätelee myös reaktion nopeutta. Tasapainovakio K ja Q

46 Entsyymit Monet sairaudet johtuvat entsyymien puutoksista Esim. Laktoosi-intoleranssi johtuu laktaasi-entsyymin puutoksesta. Laktoosi ei pilkkoudu ohutsuolessa ja tulee vatsakipuja ja ilmavaivoja. Monet lääkkeet vaikuttavat entsyymien toimintaan, joko aktiivisuutta lisäävänä tai inhiboivana.

47 Proteiinisynteesin lisäksi aminohappoja voidaan käyttää mm.: hormonien synteesissä (adrenaliini, kilpirauhashormonit) välittäjäaineiden teossa (noradrenaliini, histamiini) glukoosin tekoon esim. paastossa (tosin vain osasta aminohapoista voidaan tehdä glukoosia)