Amino Acids and Proteins

1. Amino Acids A. General Structure of an -Amino Acid

Amino acid 20 ต ัวที่ พบในธรรมชาติ

้ ักษรย่อ 3 ต ัวแรก ใชอ Alanine => Ala Glycine => Gly

B. Classification of Amino Acids 1. Non polar amino acids :

2. Polar amino acids (Neutral):

3

3 2

3 2

2

2

2

B. Classification of Amino Acids 3. Acidic amino acids :

4. Basic amino acids: basic group 2

basic group 2

2

2

2 3

2 3

C. Amino Acid Stereoisomers CHO H HO CH2OH L-Glyceraldehyde

COOH H2N H CH3

CHO H OH CH2OH D-Glyceraldehyde

COOH H NH2 CH3

L-Alanine

D-Alanine

COOH H2N H CH2SH

COOH H NH2 CH2SH

L-Cysteine

D-Cysteine

C. Amino Acids as Acids and Bases - กรดอะมิโนเมือ ่ ละลายในนํา้ -

3

2

-กรดอะมิโนเมือ ่ ละลายในสารละลายกรด-เบส (มีการเปลีย ่ นแปลง pH ของสารละลาย) 3

3

-

-

3

+

-

3

2

2

-

2

C. Amino Acids as Acids and Bases -กรดอะมิโนเมือ ่ ละลายในสารละลายกรด

C. Amino Acids as Acids and Bases

-กรดอะมิโนเมือ ่ ละลายในสารละลายเบส

C. Amino Acids as Acids and Bases - pHของสารละลายทีท ่ า ํ ให้กรดอะมิโนประจุไฟฟ้าเป็นกลาง (มีประจุลบ ้ ะเรียกว่า isoelectric point (pI) เท่าก ับประจุบวก) pHนีจ ้ อยูก โดยทีก ่ รดอะมิโนแต่ละต ัวจะมีคา่ pIต่างๆก ันออกไปขึน ่ ับชนิดของ กรดอะมิโน

+

3

-

C. Amino Acids as Acids and Bases • ในสารละลายทีเ่ ป็นกรดมากกว่า pI ของกรดอะมิโน (pHpI) NH3+จะทําหน้าทีเ่ ป็นกรด (ให้ H+) ทําให้กรดอะมิโนมีประจุรวมเป็น ลบ

C. Amino Acids as Acids and Bases Ex1 Alanineมีคา่ pI=6.0 จะมีรป ู ionicจะเปลีย ่ นไปตาม สารละลายทีp ่ Hต่างๆ

C. Amino Acids as Acids and Bases Ex 2. Aspatic acid มีคา่ pI=2.8 -

pHpI Amino acid จะมีประจุเป็น -

D. Electrophoresis ้ ยกของผสมของกรดอะมิโน เป็นเทคนิคทีใ่ ชแ ้ ณ โดยใชค ุ สมบ ัติ pIของกรดอะมิโน เมือ ่ อยูใ่ นสนามไฟฟ้า

Val pI 6.0 Lys pI 9.7 Asp pI 2.8

ละลายในสารละลาย buffer pH 6.0

2. Reactions of Amino Acids Oxidation of Cysteine ‐ Cysteine มี –SH สามารถถูกออกซไิ ดซไ์ ด้งา่ ย เกิดเป็น disulfide bond

+

-

3

+

2

+

2 3

-

3 2

-

+

2 3

-

2. Reactions of Amino Acids Reduction of Cysteine - disulfide bond สามารถถูกรีดวิ ซไ์ ด้

+

-

3

+

2

+

2 3

-

3 2

-

+

2 3

-

3. Peptides A. Formation of peptide ้ ไป Peptide เกิดจากการกรดอะมิโนตงแต่ ั้ 2 โมเลกุลขึน ื่ มต่อก ันด้วยพ ันธะ peptide (amide bond) มาเชอ

3. Peptides B. Naming peptide

ในสายpeptide กรดอะมิโนด้านซา้ ยจะเป็นปลายทีเ่ ป็น free amino group(-NH3+) จะเรียกปลายด้านนีว้ า ่ N-terminus (N-terminal amino acid) สว่ นปลายด้านขวาจะเป็นปลาย free carboxyl group (-COO-) เรียกว่า C-terminus (C-terminal amino acid)

3. Peptides B. Naming peptide

ื่ กรดอะมิโน ตงแต่ อ่านชอ ั้ N-terminal ลงท้ายด้วย –yl C-terminus อ่านเต็ม

4. Protein Polypeptide ทีม ่ a ี mino acid มากกว่า 50 units จะเรียกว่า Protein ้ อยูก โปรตีนทีอ ่ ยูใ่ นเซลล์จะมีลา ํ ด ับของกรดอะมิโนทีต ่ า่ งก ันออกไปขึน ่ ับหน้าที่

A. Classification of Protein 

จําแนกตามองค์ประกอบ 1. Simple proteins : ประกอบด้วยสาย peptide เท่านน ั้ 2. Conjugated proteins : ประกอบด้วยสาย peptide และ prosthetic groups

CH=CH2

H3C

N

H3C

N HOOCH2CH2C

HOOCH2CH2C

CH3

Fe2+ N CH=CH2

N CH3

Heme

4. Protein A. Classification of Protein  จําแนกตามรูปร่าง และหน้าที่ 1. Fibrous proteins : เกิดH-bonding ระหว่างสายpeptide ไม่ละลาย ่ นํา้ เชน

Actin Myosin

Collagen

-keratin

4. Protein A. Classification of Protein  จําแนกตามรูปร่าง และหน้าที่ 2. Globular protein : จ ับต ัวเป็นก้อน เกิด H-bond, disulphide ภาย สายเดียวก ัน ละลายนํา้ ได้ด ี - Insulin - Thyroglobin - Hemoglobin - Albumin

albumin Hemoglobin

แบ่งตามโครงสร้างของโปรตีน (Protein Structure)  Primary structure ื่ มต่อก ันเป็นสายยาว ของโปรตีนจะมีกรดอะมิโนหลายหน่วยเชอ เรียงลําด ับก ันไป ด้วยพ ันธะเปปไทด์(peptide bonds) ่ ฮอร์โมนอินซูลน เชน ิ ซงึ่ เป็นฮอร์โมนทีค ่ วบคุมระด ับนํา้ ตาลในเลือด

Protein Structure  Primary structure

Protein Structure  Secondary structure

-helix เกิด H-bond ภายในสาย peptide (Intramolecular Hbonding)

-pleated sheet เกิด H-bond ระหว่ าง

สาย peptide (intermolecular Hbonding)

Protein Structure  Tertiary and Quaternary Levels เกีย ่ วก ับแรงดึงดูดหรือแรงผล ักระหว่างside chain ของกรดอะมิโนใน สายpolypeptides ้ ระหว่างแต่ละสว่ นเกิดการบิด ทําให้โปรตีนมีรป แรงกระทําทีเ่ กิดขึน ู ร่าง 3มิตท ิ จ ี่ ําเพาะแตกต่างก ันออกไป

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 เป็ นพันธะโควาเลนท์

Tertiary and Quaternary Levels

CH=CH2

H3C

N

H3C

N HOOCH2CH2C

HOOCH2CH2C

CH3

Fe2+ N CH=CH2

N CH3

A heme group

5. Protein Hydrolysis and Denaturation ้ ก Peptide สามารถถูกhydrolysed ได้ ซงึ่ จะกระบวนการนีท ี่ ระเพาะ ้ อาหารโดย เอนไซม์ pepsin หรือ trypsin จะได้กรดอะมิโนขึน

5. Protein Hydrolysis and Denaturation Protein denature เกิดขึน ้ เมือ ่ เกิดการทําลายแรงยึดเหนีย ่ วทีช ่ ว่ ยในการstabilized protein ชนิด secondary, tertiary, quaternary โดยทีไ่ ม่มผ ี ลต่อ peptide bond ี รูปร่างไป และทําให ้สูญเสย ี คุณสมบัต ิ ภาวะทีท ่ ําให ้โปรตีน สูญเสย ่ ความร ้อน กรด-เบส สารอินทรียบ ทางชวี ภาพไปด ้วย เชน ์ างชนิด โลหะหนัก