amino acids and proteins - chem.science.cmu.ac.th · amino acids and proteins. 1. amino acids ......

Amino Acids and Proteins

1. Amino AcidsA. General Structure of an -Amino Acid

ใชอ้กัษรยอ่ 3 ตวัแรกAlanine => AlaGlycine => Gly

Amino acid 20 ตวัที่พบในธรรมชาติ

B. Classification of Amino Acids

3

2

3

2 2

3

2 2

2. Polar amino acids (Neutral):

1. Non polar amino acids :

B. Classification of Amino Acids

2 2 2 2 2

3

basic group

2

3

basic group

4. Basic amino acids:

3. Acidic amino acids :

C. Amino Acid Stereoisomers

CHOHO H

CH2OH

L-Glyceraldehyde

CHOH OH

CH2OH

D-Glyceraldehyde

COOHH2N H

CH3

COOHH NH2

CH3

L-Alanine D-Alanine

COOHH2N H

CH2SH

L-Cysteine

COOHH NH2

CH2SH

D-Cysteine

C. Amino Acids as Acids and Bases

2 3-

3- 3

+3 2

3- - 2

-2

- กรดอะมโินเมือ่ละลายในนํา้

-กรดอะมโินเมือ่ละลายในสารละลายกรด-เบส (มกีารเปลีย่นแปลง pH ของสารละลาย)

C. Amino Acids as Acids and Bases

-กรดอะมโินเมือ่ละลายในสารละลายกรด

C. Amino Acids as Acids and Bases

-กรดอะมโินเมือ่ละลายในสารละลายเบส

C. Amino Acids as Acids and Bases

+3

-

- pHของสารละลายทีท่าํใหก้รดอะมโินประจไุฟฟ้าเป็นกลาง (มปีระจลุบเทา่กบัประจบุวก) pHนีจ้ะเรยีกวา่ isoelectric point (pI)โดยทีก่รดอะมโินแตล่ะตวัจะมคีา่ pIตา่งๆกนัออกไปขึน้อยูก่บัชนดิของกรดอะมโิน

C. Amino Acids as Acids and Bases• ในสารละลายทีเ่ป็นกรดมากกวา่ pI ของกรดอะมโิน (pH<pI)

–COO- จะทาํหนา้ทีเ่ป็นเบส (รบั H+)

• ในสารละลายมคีวามเป็นเบสมากกวา่ pI ของกรดอะมโิน (pH>pI) NH3

+จะทาํหนา้ทีเ่ป็นกรด (ให้ H+) ทาํใหก้รดอะมโินมปีระจรุวมเป็น ลบ

C. Amino Acids as Acids and Bases

Ex1 Alanineมคีา่ pI=6.0 จะมรีปูionicจะเปลีย่นไปตาม สารละลายทีp่Hตา่งๆ

C. Amino Acids as Acids and Bases

Ex 2. Aspatic acid มคีา่ pI=2.8

pH<pI Amino acid จะมปีระจเุป็น +pH>pI Amino acid จะมปีระจเุป็น -

-

D. Electrophoresis

เป็นเทคนคิทีใ่ชแ้ยกของผสมของกรดอะมโิน โดยใชค้ณุสมบตั ิpIของกรดอะมโิน เมือ่อยูใ่นสนามไฟฟ้า

Val pI 6.0 Lys pI 9.7 ละลายในสารละลาย buffer pH 6.0Asp pI 2.8

2. Reactions of Amino Acids

‐ Cysteine ม ี–SH สามารถถกูออกซไิดซไ์ดง้า่ย เกดิเป็น disulfide bond

Oxidation of Cysteine

+3

2

-

+3

-2

+3

2

-

+3

-2

2. Reactions of Amino Acids

- disulfide bond สามารถถกูรดีวิซไ์ด้

Reduction of Cysteine

+3

2

-

+3

-2

+3

2

-

+3

-2

3. PeptidesA. Formation of peptide Peptide เกดิจากการกรดอะมโินต ัง้แต่ 2 โมเลกลุขึน้ไป มาเชือ่มตอ่กนัดว้ยพนัธะ peptide (amide bond)

3. PeptidesB. Naming peptide

ในสายpeptide กรดอะมโินดา้นซา้ยจะเป็นปลายทีเ่ป็น free amino group(-NH3

+) จะเรยีกปลายดา้นนีว้า่ N-terminus (N-terminal amino acid)สว่นปลายดา้นขวาจะเป็นปลาย free carboxyl group (-COO-) เรยีกวา่ C-terminus (C-terminal amino acid)

3. PeptidesB. Naming peptide

อา่นชือ่กรดอะมโิน ต ัง้แต่ N-terminal ลงทา้ยดว้ย –yl C-terminus อา่นเต็ม

4. Protein

A. Classification of Protein จาํแนกตามองคป์ระกอบ

1. Simple proteins : ประกอบดว้ยสาย peptide เทา่น ัน้ 2. Conjugated proteins : ประกอบดว้ยสาย peptide และ

prosthetic groups

Polypeptide ทีม่aีmino acid มากกวา่ 50 units จะเรยีกวา่ Protein โปรตนีทีอ่ยูใ่นเซลลจ์ะมลีาํดบัของกรดอะมโินทีต่า่งกนัออกไปขึน้อยูก่บัหนา้ที่

N

N

N

NFe2+

CH3HOOCH2CH2C

HOOCH2CH2C

H3C

CH=CH2

CH3

H3C CH=CH2

Heme

4. ProteinA. Classification of Protein จาํแนกตามรปูรา่ง และหนา้ที่1. Fibrous proteins : เกดิH-bonding ระหวา่งสายpeptide ไมล่ะลายนํา้ เชน่

-keratin

Collagen

Actin Myosin

4. ProteinA. Classification of Protein จาํแนกตามรปูรา่ง และหนา้ที่2. Globular protein : จบัตวัเป็นกอ้น เกดิ H-bond, disulphide ภาย สายเดยีวกนั ละลายนํา้ไดด้ ี

- Insulin- Thyroglobin- Hemoglobin- Albumin

albumin

Hemoglobin

แบง่ตามโครงสรา้งของโปรตนี (Protein Structure)

Primary structure

ของโปรตนีจะมกีรดอะมโินหลายหนว่ยเชือ่มตอ่กนัเป็นสายยาว เรยีงลาํดบักนัไป ดว้ยพนัธะเปปไทด(์peptide bonds) เชน่ ฮอรโ์มนอนิซูลนิ ซึง่เป็นฮอรโ์มนทีค่วบคมุระดบันํา้ตาลในเลอืด

Protein Structure

Primary structure

Protein Structure

Secondary structure

-helix เกิด H-bond ภายในสาย

peptide (Intramolecular H-bonding)

-pleated sheet เกิด H-bond ระหว่าง

สาย peptide (intermolecular H-bonding)

Protein Structure Tertiary and Quaternary Levels

เกีย่วกบัแรงดงึดดูหรอืแรงผลกัระหวา่งside chain ของกรดอะมโินในสายpolypeptides แรงกระทาํทีเ่กดิขึน้ระหวา่งแตล่ะสว่นเกดิการบดิ ทาํใหโ้ปรตนีมรีปูรา่ง3มติทิ ีจ่ําเพาะแตกตา่งกนัออกไป

Tertiary and Quaternary Levels Cross links in Tertiary Structures

1. Hydrophobic interactions 3. bridges Salt (ionic bond) 2. Hydrophilic interactions 4. Hydrogen bond

5. Disulfides เป็นพันธะโควาเลนท์

Tertiary and Quaternary Levels

N

N

N

NFe2+

CH3HOOCH2CH2C

HOOCH2CH2C

H3C

CH=CH2

CH3

H3C CH=CH2

A heme group

Peptide สามารถถกูhydrolysed ได ้ซึง่จะกระบวนการนีท้ ีก่ระเพาะอาหารโดย เอนไซม ์pepsin หรอื trypsin จะไดก้รดอะมโินขึน้

5. Protein Hydrolysis and Denaturation

5. Protein Hydrolysis and Denaturation

Protein denatureเกดิขึน้เมือ่เกดิการทําลายแรงยดึเหนีย่วทีช่ว่ยในการstabilized protein ชนดิ secondary, tertiary, quaternary โดยทีไ่มม่ผีลตอ่peptide bondภาวะทีท่ําใหโ้ปรตนี สญูเสยีรปูรา่งไป และทําใหส้ญูเสยีคณุสมบตัิทางชวีภาพไปดว้ย เชน่ ความรอ้น กรด-เบส สารอนิทรยีบ์างชนดิ โลหะหนัก