a ที่เป็นส่วนประกอบของโปรตีน...

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