Amino Acides structure اسیدهای آمینه واحد ساختمانی پروتئین ها می باشند و نقش مهمی در متابولیسم بافتهای بدن ایفا می کنند. وبصورت آزاد در پلاسما ودیگر مایات بدن یافت می شوند. اسیدهای آمینه ترکیبات آلی نیتروژن داری هستند که دارای حداقل یک عامل کربوکسیل اسید و یک عامل آمین می باشد. مهمترین اسیدهای آمینه نوع آلفا می باشد. که هر دو عامل به اولین کربن مولکول متصل شده است. اگر چه بیش از 300 اسید آمینه در طبیعت یافت می شود ، اما تنها 20 اسیدآمینه در پروتئین های موجود در اشکال مختلف حیات وجود دارند. پروتئین ها ممکن است حاوی انواع مشتقات این 20 اسیدآمینه نیز باشند.

پروتینها قسمت اعظم ساختمان بدن از قبیل هورمونها، غشاء سلولی، هموگلو بین، کلا ژن بافت پیوندی ، مو، و غیره را تشکیل میدهند.پروتین های دیگری در انقباض عضلات ویا انتقال عوامل ارثی (نکلئوپروتینها) ویا دفاع بدن در مقابل میکروبها دخالت دارند. در نتیجه پروتینها در اغلب اعمال فیزیولوژیکی بدن شرکت میکنند. با هیدرولیز پروتینها واحد های سازنده انها یعنی اسیدهای آمینه حاصل میشود.

Amino acids General formula D – α – Amino Acid L – α – Amino Acid

Amino acid function Amino Acid serves as 1- Building Block of Proteins. 2- As precursors of A ) Hormones B ) Purines C ) Pyrimidines D ) Porphyrins E ) Vitamins

Glycine All amino acids found in living system ( plant ) and animal protein are L – α – Amino Acid Physiological active form of amino acids are L form where as , D form are inactive & are transported by diffusion . Transport of L.A.A is energy dependent & required ATP , Na+, K+, Mn+& Vit B6 . glycine is the only amino acid which is optically inactive and can not have D or L form because of symmetry condition.

Classification of Amino acids Aliphatic amino acids (زنجیره ای ) Aromatic amino acids (حلقوی ) Hetrocyclic amino acids (چند حلقه )

Amino acid classification Aliphatic amino acid Aromatic amino acid e.g Phenyl alanine , Tyrosine Hetrocyclic amino acid Histidine , Tryptophan e.g Proline , Hydroxy praline Neutral Acidic e.g Aspartic acid , Glutamic acid Basic e .g Argenine , Lysine Hydrocarbon side chain Leucine , Isoleucine e.g Glycine , Valine , Alanine Sulphur containing Methionine e.g Cysteine , Cystine Hydroxyl containing e.g Serine , Threonine

Non essential amino acid (n.e.a.a ) Amino Acid synthesized in the body. 1- Serine 6- Asparagine 2- Glysine 7- Glutamate 3- Cysteine 8- Glutamine 4- Alanine 9- proline 5- Aspartate 10- Tyrosine

Essential amino acid 1- Lysine 5- Valine 2- Isoleucine 6- Tryptophan 3- Leucine 7- Phenyl alanine 4- Threonine 8- Methionine Semi Essential amino acid: Argenine & Histidine Deficiency of 1 or more Essential amino acid in the diet cause  protein synthesis result in failure of child growth, negative N balance in adults and fall in plasma protein & hemoglobin levels. .

Nitrogen Balance i.e. Nitrogen equilibrium Intake N = 1 Output N i.e. Nitrogen equilibrium Normal adults are in nitrogen equilibrium. N > 1 = Positive Nitrogen balance e.g. during pregnancy , convulsion , growth. N < 1 = Negative nitrogen balance e.g. in malnutrition and in certain wasting diseases, where there is tissue breakdown.

Gly Met Cys Gln Asn His Pro

Physical characteristics of Amino acids Optical activity Solubility Crystallization Optical absorption (Tyr,Phe,Trp)

Separating of a.as Chromatography HVE electrophoresis

Sepration of aa and Pr Chromatography Electrophoresis Dialysis

Electrophoresis

Electrophoresis Electrophoresis is a technique that separates a mixture of amino acids. It uses the differences in isoelectric points of the amino acids. - + positively charged (protonated) amino acid negatively charged (deprotonated) amino acid amino acid at its isoelectric point Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved.

خواص آمفوتري اسيدهاي آمينه:   اسيدهاي آمينه هم خاصيت اسيدي ضعيف و هم خاصيت بازي ضعيف دارند چون حداقل داراي يك گروه كربوكسيلي يك گروه آميني مي باشند و با اسيد و بازها تركيب مي شوند. از اين نظر به آنها تركيبات آمفوتريك گويند.

مثلاً آلانين كه داراي يك عامل اسيدي و يك عامل بازي مي باشد، در آب حل مي شود و PH محلول حاصل در حدود خنثي خواهد بود و اگر اين محلول را در ميدان الكتريكي قرار دهيم كه داراي قطب هاي مثبت و منفي است، اسيد آمينه بطرف قطب مثبت و يا منفي حركت نخواهد كرد. اين نشان مي دهد كه ملكول آلانين يك ملكول خنثي مي باشد و اگر يك ماده قليايي به محلول اضافه كنيم. محلول اسيد آمينه آلانين كه در اين حالت داراي بار منفي شده و. بطرف قطب مثبت حركت خواهد كرد. در صورتيكه اگر به محلول اسيدآمينه آلانين مقداري اسيد اضافه گردد، اسيد آمينه داراي بار مثبت شده بطرف قطب منفي حركت خواهد نمود.

  پپتيدها: (Peptides) اگر عامل كربوكسيلي يك اسيدآمينه با عامل آميني يك اسيدآمينه ديگر و با از دست دادن يك ملكول آب بهم متصل شوند جسم حاصله را پپتيد گويند. دي پپتيد: اگر دو اسيدآمينه بوسيله يك پيوند پپتيدي بهم متصل شده باشند جسم حاصل را دي پپتيد و اگر سه اسيدآمينه بوسيله دو پيوند پپتيدي بهم متصل شده باشند تري پپتيد. اگر تعداد اسيدهاي آمينه موجود در يك پپتيد از ده ملكول كمتر باشد به آن اليگوپپتيد و اگر تعداد اسيدهاي آمينه موجود در يك پپتيد بيشتر از ده ملكول باشد به آن پلي پپتيد Polypeptide و اگر تعداد اسيدهاي آمينه موجود در يك پلي پپتيدي بيش از صد ملكول باشد به آن پروتئين گويند.  

Peptide Bonds A Peptide Bond is an amide bond linking together amino acids forming peptides and proteins. amide peptide bond Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved.

Peptides & Proteins Dipeptides contain 2 amino acids. Tripeptides contain 3 amino acids. Tetrapeptides contain 4 amino acids. Polypeptides contain 50 or fewer amino acids. MW>5000 = Protein Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved.

پروتئين: ( Protein) پروتئين ها از تعداد زيادي اسيدهاي آمينه كه بوسيله پيوند پپتيدي بهم متصل شده و زنجيره طويلي را يجاد مي كنند تشکیل شده اند. وزن ملكولي آنها از پنج هزار تا چند ميليون مي رسد. شكل زير يك زنجير پلي پپتيدي است كه ممكن است قسمتي از يك پروتئين باشد نشان مي دهد. Gly Pro Hydroxy pro interchain hydrogen bonds

علاوه بر پيوند پپتيدي كه بين گروههاي كربوكسيلي يك اسيدآمينه و گروه آميني اسيدآمينه ديگر وجود دارد، پيوندهاي ديگر از قبيل پيوندهاي هيدروژني و پيوند دي سولفيدي (- S – S) و جاذبه الكتريكي Electrostatic Interaction و غيره. بين اتمهاي مختلف موجود در ريشه هاي جانبي اسيدهاي آمينه تشكيل دهنده پروتئيني وجود دارد كه باعث مي شود ملكول پروتئين شكل بخصوصي داشته باشد. (ساختمان اول، دوم، سوم و غيره)

ساختمان اول پروتئین : ترتیب قرار گرفتن پشت سر هم اسیدهای آمینه در یک زنجیر پلی پپتیدی را ساختمان اولیه یک زنجیر پلی پپتیدی (پروتئین) و پیوندهای پپتیدی پایه های ساختمان اولیه می باشند. بنابراین ساختمان اول پروتئین بر مبنای Amino acid sequence می باشد. علاوه بر پیوند پپتیدی ممکن است پیوند کووالان مابین دو زنجیر پپتیدی وجود داشته باشد مانند دی سولفید (- S – S). هر گاه ریشه های دو ملکول اسیدآمینه سیستئین نزدیک به یکدیگر باشند در اثر اکسید شدن، یک پیوند دی سولفور ایجاد می گردد. این پیوندهای دی سولفور موجب استحکام بیشتر زنجیرهای پلی پپتیدی می گردد. مثل پیوند دی سولفور بین اسیدآمینه سیستئین یا انسولین

ساختمان اول پروتئین: ترتیب قرار گرفتن پشت سر هم اسیدهای آمینه در یک زنجیر پلی پپتیدی را ساختمان اولیه یک زنجیر پلی پپتیدی (پروتئین) و پیوندهای پپتیدی پایه های ساختمان اولیه می باشد. بنابراین ساختمان اول پروتئین ها بر مبنای Amino acid sequence می باشد. علاوه بر پیوند پپتیدی ممکن است پیوند کووالان مابین دو زنجیر پپتیدی وجود داشته باشد مانند دی سولفید (- S – S). هر گاه ریشه های دو ملکول اسیدآمینه سیستئین نزدیک به یکدیگر باشند در اثر اکسید شدن، یک پیوند دی سولفور ایجاد می گردد. این پیوندهای دی سولفور موجب استحکام بیشتر زنجیرهای پلی پپتیدی می گردد. مثل پیوند دی سولفور بین اسیدآمینه سیستئین در انسولین

انسولین: انسولین که هورمون تنظیم کننده قند خون است از دو زنجیر پلی پپتیدی A و B ساخته شده است. زنجیر A از 21 اسیدآمینه و زنجیر B از 30 اسیدآمینه تشکیل یافته است. این دو زنجیر بوسیله دو پیوند دی سولفید (- S – S) به یکدیگر متصل هستند.  

Insulin disulfide loop disulfide bridges A chain (21 units) B chain (30 units) Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved.

ساختمان دوم پروتئین: Secondary Structure زنجیره پلی پپتیدی حول یک محور فرضی چرخش نموده و ساختمان فضایی مارپیچ (Helix) پیدا می کند. پیوندهای هیدروژنی که بین عامل از یک پیوند پپتیدی و عامل آمینی از یک پیوند پپتیدی دیگر تشکیل می شوند. سبب ایجاد و استحکام ساختمان دوم می گردند. کلاژن که ترکیب اصلی بافت پیوندی است و در پوست، مفاصل و قرنیه چشم یافت می شود. دارای ساختمان دوم است. ساختمان مارپیچی پایدارترین ساختمان فضایی یک زنجیر پلی پپتیدی است که بدلیل وجود پیوندهای هیدروژن بین عوامل مختلف در یک زنجیر پلی پپتیدی می باشد.

. این پیوندها باعث می شوند که صفحات استخوان بندی یک زنجیر پلی پپتیدی دور یک محور فرضی چرخش یابند و از آنجائیکه پیوندهایی که به کربن آلفا اسیدآمینه متصل هستند، می توانند موجب این چرخش گردند. لذا این نوع چرخش را مارپیچی آلفا و یا α – Helix Structure می نامند. این مارپیچ را می توان بصورت پیچی مجسم نمود که محیط آن 048/5 باشد. هر دور پیچ از 6/3 اسیدآمینه ساخته شده است. یعنی در هر 10 دور مارپیچ 36 اسیدآمینه وجود دارد.

Secondary structure There are 3.6 residues per turn

Secondary structure Hydrogenic bond between H of (NH) and and O of (CO) Two form : α – Helix β - chain

β - chain :Hydrogenic bon between adjacent chain

Tertiary Structure

ساختمان سوم پروتئین: Tertiary structure طویل شدن زنجیر پلی پپتیدی و وجود اسیدآمینه پرولین سبب خمیدگی هایی در زنجیر می شود که در مجموع پروتئین ساختمان کروی (گلبولر) بخود می گیرد. خمیدگی در قسمت های مختلف یک زنجیره سبب نزدیک شدن گروههای جانبی (R) و تشکیل پیوندهای ضعیف یونی، هیدروژنی، هیدروفوبی و پیوند کووالانت دی سولفید (- S – S) می شود و به ساختمان سوم پروتئین پایداری بیشتر می دهد. ميوگلوبين كه پروتئين رنگي با يك حلقه هم (Heme) است وانتقال اكسي‍ژن در عضلات پستانداران را بعهده دارد از يك زنجيره پپتيدي با ساختمان سوم تشكيل يافته است.

Tertiary Structure In three dimentional structures Pro Hydrogenic ,hydrophobic,ionic bond disulfides bond

1 – پیوند هیدروژنی (Hydrogen bonding) 2 – پیوند دی سولفیدی (Disulphide bonding) 3 – کشش های یونی (Ionic interactions) 4 – هیدروفوبیک (Hydrophobic interaction) 5 – پیوند استری (Ester bonding) 6 – اثرات قطبی (Polar effects)

ساختمان چهارم پروتئين: Quarternary Structure هنگامي كه دو يا چند زنجير پلي پپتيدي با ساختمان سوم (گلبولا ر) به يكديگر متصل مي شوند، ملكول پروتئين ساختمان فضايي نويني به خود مي گيرد كه به آن ساختمان چهارم پروتئين مي گويند. مانند هموگلوبين كه از چهار زنجير پلي پپتيدي تشكيل يافته است. به هر يك از اين زنجيره پلي پپتيدي sub unit گفته مي شود و بستگي به تعداد اين ساب يونيت ها اين پروتئين ها را Dimerو ياTetramer ویا Polymers گويند. مانند هموگلوبين كه از چهار ساب يونيت تشكيل يافته و يا آنزيم Phosphorylase A كه از دو ساب يونيت تشكيل يافته است

هموگلوبين از دو واحد α و دو واحد β تشكيل يافته است هموگلوبين از دو واحد α و دو واحد β تشكيل يافته است. هر يك از اين واحدها حامل يك ملكول هم است، پل هاي نمكي و پيوند هيدروژني اين واحد هاي چهارگانه را در كنار يكديگر نگه مي دارند. براي تقليب يك پروتئين يعني از بين بردن توانايي آن براي فعاليت زيستي ايجاد اختلال در ساختار دوم يا بالاتر آن مي باشد در حقيقت تقليب به معني در هم ريختن شكل ملكولي پروتئين است. باز شدن مارپيچ يا جداشدن واحدهاي فرعي تشكيل دهنده يك پروتئين را تقليب مي گويند.

Quaternary Structure

بنابراين ساختمان چهارم پروتئين از تركيب با ساختمان سوم بهمديگر بوجود مي آيد. ساختمان سوم از مارپيچ شدن و اتصال ساختمان دوم با پيوندهاي مختلف بوجود مي آيد (هيدروژن، سولفور، هيدروفوبيك و غيره). ساختمان دوم از مارپيچ شدن زنجير پلي پپتيد توسط هيدروژن باند بوجود مي آيد. ساختمان اول از اتصال تعداد زيادي از اسيدهاي آمينه (بيش از اسيدآمينه) توسط Peptide linkage مابين اين اسيدهاي آمينه بوجود مي آيد.

Biologic effect Skeletal role:collagen Defence role: antibody Mechanical role:actin & myosine Catalyzor Hormon: growth hormon Antibitoc: GramicidinS – Bacitracine A Translator:Alb,Hb Biosynthesis : purine & pyrimidine Energy supply in emergency

Characteristics Solubility: water, salty solution, pH Electrolytic antigenic

Peptide Structure Determination In order to determine the structure of a peptide, we must know… what amino acids are present. how much of each amino acid is present. the order in which the amino acids are linked. Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved.

Determination of aminoacids in polypeptide’s chain The first prs digested to small peptides: Enzymatic or non enzymatic cleavage: Enzymatic: After basic aa Trypsin After aromatic aa ChymoTrypsin Before aromatic aa pepsin

Trypsin

Peptide Structure Determination Trypsin hydrolyzes at the carboxyl side of the basic amino acids arginine and lysine. Chymotrypsin hydrolyzes at the carboxyl side of the aryl-substituted amino acids phenylalanine, tyrosine, and tryptophan. chymotrypsin Phe-Leu-Met-Lys-Tyr-Asp-Gly-Gly-Arg-Val-Ile-Pro-Tyr trypsin Copyright© 1999, Michael J. Wovkulich. All rights reserved.

پایان