Upload
forrest-church
View
52
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Amino acid & protein chemistry and structure ; อ. เนตรนภิส. Amino acid เป็นหน่วยย่อยที่เล็กที่สุดของโปรตีน สูตรโครงสร้างโดยทั่วไป AÂ แต่ละชนิด จะต่างกันที่ R-gr. AÂ ที่เป็นส่วนประกอบของโปรตีน ที่พบในสิ่งมีชีวิต จะเป็น L- - amino acid. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
A ที่��เป็�นส่วนป็ระกอบของโป็รตี�นที่��พบในส่��งมี�ชี�ว�ตี จะเป็�น L--amino acid
AÂ แบงเป็�น standard และ nonstandard AÂ
Standard A ; เป็�นส่วนป็ระกอบของโป็รตี�นในส่��งมี�ชี�ว�ตี
; มี� ~ 20 ชีน�ด แบงออกเป็�น 2 กล�มี คื อ essential AÂ ก!บ nonessential
AÂ
Amino acid เป็�นหนวยยอยที่��เล$กที่��ส่�ดของโป็รตี�น ส่%ตีรโคืรงส่ร&างโดยที่!�วไป็ A แตีละชีน�ด จะตีางก!นที่�� R-gr.
Amino acid & protein chemistry and structure ; อ . เนตรนภิ�ส
Nonstandard AÂ (AÂ derivatives)
เป็ล��ยนแป็ลงมีาจาก A ชีน�ดใดชีน�ดหน)�งใน 20 ชีน�ดอาจพบเป็�นส่วนป็ระกอบของโป็รตี�นหร อไมีก$ได& หร อเป็�น intermediates ใน metabolism หลายๆอยาง เชีน 4-OH Proline, 5-OH Lysine, selenocysteine,
ornithine, citrulline
Essential AÂ His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp, Val
Nonessential AÂAla, Arg, Asn, Asp, Cys, Glu, Gln, Gly, Pro, Ser, Tyr
Three-letter abbreviationOne-letter abbreviationAlanine = Ala = AArginine = Arg = RIsoleucine = Ile = I
การเร�ยกชี �อยอของ AA
แบงตีามี คื�ณส่มีบ!ตี� ของ R-gr. ที่�� phys. pH ; A with 1) Nonpolar, aliphatic R-gr.2) Aromatic R-gr.3) Polar, uncharged R-gr.4) (-)-charged R-gr. (Acidic AÂ) 5) (+)-charged R-gr. (Basic AÂ)
Classes of AA
R-gr. ; nonpolar ไมี form H-bond/ionic bond ; hydrophobic e.g Ala, Gly, Val, Leu, Ile, Met
1 ) Nonpolar aliphatic R-gr.
R-gr. ; Aromatic side chains & hydrophobic
2 ) Aromatic R-gr. 3) Polar, uncharged R-gr.
R-gr. ; Hydrophilic (their functional gr.
can form H-bond with
H2O)
R-gr. เป็�น acid (H+ donor) มี�ป็ระจ� – ที่�� phys. pH e. g Asp, Glu
4) Negatively charged (acidic) R-gr.
5) Positively charged (Basic) R-gr.
R-gr. เป็�น base (H+ acceptor) มี� ป็ระจ� + ที่�� phys. pH
1) Acid-base properties2) UV absorption
Properties of AÂ
1) Acid-base propertiesAÂ in aqueous sol. จะแตีกตี!ว
หมี%ที่��แตีกตี!วให&ป็ระจ� NH2, COOH และ R-gr.ประจุ ส ทธิ� (net charge) +/-
เมี �อ A ละลายน,-า ที่�� physiological pH (~7.4) จะอย%ในร%ป็ dipolar ion (Zwitterion)
ZwitterionCOO-
NH3+ C H
R
Zwitterion จะที่,าตี!วเป็�นกรด (H+ donor) หร อเบส่ (H+ acceptor) ก$ได&
ส่ารที่��มี�คื�ณส่มีบ!ตี�เป็�นได&ที่!-ง acid ก!บ base amphoteric หร อ ampholytes
COOH COO-
NH3+ C H NH3
+ C H
R R
COO-
NH2 C H
R
pH=pI ; N.C = 0pH<pI ; N.C
+
pH>pI ; N.C -
pI = Isoelectric point
pK1
pK2
การแตกต�วของ A ในน��า
pI = Isoelectric point pH ที่��ที่,าให& A มี� net charge = 0 A หย�ดการเคืล �อนที่��ในส่นามีไฟฟ/ากระแส่ตีรง
ละลายได&น&อยที่��ส่�ด ; ตีกตีะกอน
Titration curve of Glycine
No ionisable R-gr.
pI = (pK1 + pK2)
2
= 9.6 + 2.34
2
= 5.97
จากการที่�� A แตีกตี!วได& COO- weak acidNH3
+ weak baseR-gr. weak acid/weak base A จ)งมี�คื�ณส่มีบ!ตี�เป็�น buffer (buffering capacity)His เป็�น A ที่��มี� buffering capacityด�ที่��ส่�ดที่�� phys. pH
Imidazole ringpKR = 6
R-gr. แตีกตี!วได&ที่�� physiological pH
+
2) Absorbance of UV light
AÂ can not absorb visible light
Only Phe, Tyr, Trp absorb UV light at 280 nm
Optical density (O.D280) measurement
Tyrosine
Tryptophan
เก�ดจาก AÂ ตี!-งแตี 2 ตี!วข)-นไป็มีาตีอก!นด&วย peptide
bond ; 2 ตี!วตีอก!น Dipeptide
3 Tripeptide
3-10 Oligopeptide
10-100 Polypeptide
>100 Protein
Peptide & protein
Peptide
PROTEIN CHEMISTRY AND STRUCTURE
Peptide bond formation
Peptide bond
NH2-terminusCOOH-terminus
1) ขยายหลอดเล อด คืวามีด!นโลห�ตีe.g bradykinin
2) เป็�นฮอร1โมีน e.g oxytocin กระตี�&นการหดตี!วของกล&ามีเน -อ
3) เป็�น neurotransmitter e.g endorphine
4 ) เป็�น antibiotics e.g penicillin (Penicillium spp.) 5) ชีวยก,าจ!ด free radicals ซึ่)�งที่,าให&เก�ดภาวะ oxidative
stress e.g glutathione ; key antioxidant
หน&าที่��ของ peptide
Protein
เป็�น polypeptide ที่��มี� MW > 10,000 dalton
มี�ร%ป็ราง (conformation) ตีางๆก!น ข)-นอย%ก!บการขดตี!วของ A ที่��เป็�นส่วนป็ระกอบของโป็รตี�นน!-นๆ
Structure โคืรงส่ร&าง เชีน collagen, -keratin (hair)Transport ขนส่งส่ารตีางๆไป็ย!งส่วนตีางๆของรางกาย หร อขนส่งส่ารตีางๆ ผ่านเย �อห�&มีเซึ่ลล1 (c ell membranes) เชีน Hb ; ขนส่ง O
2 จากป็อดไป็ย!งส่วนตีางๆของรางกาย
Storage แหลงส่ะส่มี ; m yoglobin เป็�นโป็รตี�นที่��ที่,าหน&าที่��ส่ะส่มี O2 ในกล&ามีเน -อขณะที่��ออกก,าล!งกาย ที่,าให&กล&ามีเน -อไมี
ขาด O2
Hormones ฮอร1โมีน = chemical messengers ระหวางเซึ่ลล1ตีางๆที่!�วรางกาย ฮอร1โมีนบางอยางเป็�น peptide หร อ protein ; insulin
Function of proteins
Membrane proteinsโป็รตี�นที่��เย �อห�&มีเซึ่ลล1 ที่,าหน&าที่��เป็�น antigen ; blood gr. A, B, O ion channels ; ล,าเล�ยง Na+, K+, etc. เข&า-ออกเซึ่ลล1 water channel ; aquaporins ล,าเล�ยงน,-า transporters ; GluT1 (glucose transporter 1) ล,าเล�ยง glucose เข&า erythrocytes r eceptor ; โป็รตี�นบางอยางที่,าหน&าที่��เป็�น receptor จ!บก!บ neurotransmitter, peptide hormones ที่,าให&ส่ารน!-นผ่านเข&าไป็ที่,าหน&าที่��ภายในเซึ่ลล1ได& (Biosignalling)
Catalysiscatalyse ป็ฏิ�ก�ร�ยาเคืมี�ตีางๆในรางกาย เชีน e nzymes
โป็รตี�นจะป็ระกอบด&วย polypeptide 1 ส่าย หร อ >1 ส่ายก$ได&มีารวมีก!น เพ �อที่,าหน&าที่��ตีางๆ โดยตี&องมี� folding ที่��ถู%กตี&อง Structure ของโปรต�น มี� 4 ระดั�บPrimary structureSecondary structureTertiary structureQuaternary structure
Protein structure
Levels of structurein protein
เป�นการเร�ยงลำ�าดั�บของ AÂ (amino acid sequence) ใช้#ศึ%กษาถึ%งความีส�มีพั�นธิ*ระหว,างโปรต�นช้น�ดัต,างๆในพั.ช้แลำะส�ตว*
มี�การมี&วนพ!บ (folding) เป็�นร%ป็แบบที่��ส่มี,�าเส่มีอโคืรงส่ร&างแบบ secondary structure ได&แก
α-helix
β-pleated sheet
β-turns
Secondary structure
เป็�น polypeptide ที่��มี�ล!กษณะเป็�น rigid rodlikestructureNH2-gr ของ A ที่��เป็�นbackbone ตี!วที่�� 1 ส่ร&างH-bond ก!บ COOH-grของ A ที่��เป็�น backboneตี!วที่�� 4 เร �อยๆไป็
พบได&ที่!-ง right-handed และ left-handed α-helixRight-handed α-helix จะพบในโป็รตี�นตีามีธรรมีชีาตี�ที่!�วๆไป็
-helix
β-pleated sheet
ป็ระกอบด&วย β-strands (AÂ 5-6 residues) มีารวมีก!น
ที่,าให& backbone ของ polypeptide มี�การเร�ยงตี!วแบบ zigzag ที่,าให&เก�ดโคืรงส่ร&างแบบ β-pleated sheet
Antiparallel β-pleated sheet
β-strands เร�ยงตี!วแบบส่วนที่างก!น ; เส่ถู�ยรกวาParallel β-pleated sheet
β-strands เร�ยงตี!วไป็ที่างเด�ยวก!น
Parallel-pleated sheet
Antiparallel
-pleated sheet
-turn
β-turns
เป็�นโคืรงส่ร&างที่��ที่,าให&ส่ายของ polypeptide (β-strand) โคื&งงอ (kink) ได&Gly & Pro เป็�น A ที่��มี!กจะพบในบร�เวณน�-; Gly มี�ขนาดเล$ก , flexible ; ส่วน Pro มี� imino N อย%ในร%ป็ cis configuration
Peptide bond
โคืรงส่ร&างแบบ 3 มี�ตี� (3D structure) ของส่าย polypeptide ซึ่)�งป็ระกอบด&วย 2o structure หลายๆส่วนมีารวมีก!นเป็�น native conformation ที่,าให& more Stable และ function as active proteinโคืรงส่ร&างแบบ tertiary structure ได&แก Fibrous structures และ Globular structures
Tertiary structure
Fibrous structures
เป็�นโคืรงส่ร&างที่��พบใน fibrous proteins ให&คืวามีแข$งแรง มี!กป็ระกอบด&วย 2o structure แบบใดแบบหน)�ง ตี!วอยางเชีน-Keratin ; hair, nails Fibroin ; silkCollagen ; connective tissues (tendons, bone matrix)
Domain
Globular structures
พบใน globular proteins e.g enzymes
Quaternary structure
ป็ระกอบด&วย polypeptide > 1 ส่าย (subunit/monomer) มีาจ!บก!นเพ �อที่,าหน&าที่��แตีละ SU อาจมี�โคืรงส่ร&างเหมี อน/ตีางก!นก$ได&ตี!วอยาง ; Hemoglobin, allosteric enzyme
พั�นธิะท�/พับในโครงสร#างของโปรต�น1) Peptide bond2) Disulfide bond (S-S) Intrachain : Interchain S-S bond Dithiothreitol/β-mercaptoethanol ; reducing
agent
Cystine
Oxidation
Reduction
Sulfhydryl gr.
Disulfide
Cysteine
Cysteine
พั�นธิะท�/พับในโครงสร#างของโปรต�น3) H-bond เก�ดัระหว,าง H atom ก�บ O หร.อ N atom ท�/อย0,ใน polypeptide สาย เดั�ยวก�นหร.อคนลำะสาย หร.อเก�ดัระหว,างหมี0,ท�/มี�ข��วของ side chain ก�บ H2O
4) Hydrophobic interaction - Main forces that stabilise the 3D-structure of protein - A ท�/มี� R-gr. เป�น nonpolar, aliphatic หร.อ aromatic ring จุะลำะลำายน��า ยากจุ�บก�นดั#วย hydrophobic interaction
5) Electrostatic bond (salt bridges) Side chain ที่��มี�ป็ระจ� + ก!บ – ของ A ที่��อย%ใกล&ก!น จะจ!บ ก!นด&วย salt bridges
6) Van der Waals interaction Weakest bond เก�ดระหวางหมี%ของ R-gr ที่��ไมีมี�ป็ระจ�ของ AÂ
Glu 21 -
Arg 154 +
H-bond
เป็�นการที่,าลายส่ภาพธรรมีชีาตี�ของโป็รตี�น (denaturation)
แบบไมีถูาวร และ แบบถูาวรที่,าให&คื�ณส่มีบ!ตี�บางอยางเส่�ยไป็ เชีน การละลาย
Protein denaturation
Protein denaturationป็:จจ!ยที่��ที่,าให&โป็รตี�น denature
1) Physical agents ; heat, UV light, pressure, X-ray, ultrasound
2) Chemical agent ; ethanol, (NH4)2SO4
3) Detergents ; sodium dodecyl sulfate (SDS)4) Biological agents ; proteolytic enzyme
ค ณสมีบ�ต�ของโปรต�น1) การละลาย2) Buffering capacity3) การตีกตีะกอน4) การด%ดกล นแส่ง5) การจ!บก!บ ion หร อส่ารบางอยาง
1) การลำะลำาย โป็รตี�นละลายใน polar solvent (น,-า ) ได&ด� ข)-นก!บ
-ความีเข#มีข#นของ ion ในสารลำะลำาย คืวามีเข&มีข&นน&อย ; โป็รตี�นละลายด� (salting in) คืวามีเข&มีข&นมีาก ; โป็รตี�นตีกตีะกอน (salting out) -pH ของสารลำะลำาย โป็รตี�นละลายด�ในส่ารละลายที่��มี� pH เป็�นกรด/ดาง ที่�� pI ; โป็รตี�นตีกตีะกอน
โป็รตี�นมี�คื�ณส่มีบ!ตี� ~ AÂ NH2, COOH, R-gr. dissociate at certain pH
(N.C +/-) จ)งมี�คื�ณส่มีบ!ตี�เป็�น buffer (ให&/ร!บ H+) ได& เชีน blood protein3) การตกตะกอน ตีกตีะกอนแล&ว โป็รตี�นไมีเส่�ยส่ภาพอยางถูาวร
salting outserum IgG
2) Buffering capacity
Saturated ammonium sulphate
ตีกตีะกอนที่�� pI เป็ล��ยน pH ไป็ที่�� pI ของโป็รตี�น ; โป็รตี�น
ตีกตีะกอนแล&ว โป็รตี�นเส่�ยส่ภาพอยางถูาวร (denatured protein)
ใช้# กรดั/chemical reagents; picric acid, trichloroacetic acid (TCA), tannic acid mercuric chloride
Heat coagulation
4) การดั0ดักลำ.นแสง
โป็รตี�น Absorb UV light ; Phe, Tyr, TrpAbsorbance ;O.D280 ใชี&หาป็ร�มีาณโป็รตี�น [Prot] O.D280
5) การจุ�บก�บ ion หร.อสารประกอบบางอย,าง enzyme บางชีน�ด ตี&องจ!บก!บ cofactor
Glycoprotein CHO + protein
Fetal fibronectin ; anchors the amniotic membranes the uterus wall