بنام خدا اسید های آمینه و پروتئین ها

1. بنام خدا اسید های آمینه و پروتئین ها

2. بنام خدا اسید های آمینه

3. اهداف پس از مطالعه این بخش مطالب زیر را باید یاد بگیرید: 1- نقش بیولوژیکی اسید های آمینه 2- ساختمان اسید های آمینه 3- انواع اسیدهای آمینه 4- خواص فیزیکو شیمیایی اسید های آمینه 5- تعیین pH ایزوالکتریک اسید های آمینه

4. اسید آمینه( Amino acid)(AA ) اسید های آمینه : ترکیبات آلی هستند دارای حد اقل یک گروه عامل کربوکسیل( اسید) ویک گروه عامل آمین( آمین) متصل به کربن α و یک زنجیره جانبی ( R(می باشند واحد سازنده پروتئین هامی باشند و کمتر بصورت آزاد دیده می شوند برخی از آنها بعنوان واسطه های بیوشیمیایی عمل می کنند تعداد، توالی، نوع و ارتباط فضایی بین آنها تعیین کننده ساختمان سه بعدی و خواص بیولوژیک پروتئین ها می باشد

5. αکربن انواع اسید های آمینه AA)) تفاوت اسید های آ مینه درزنجیره جانبی (R)آنهاست 20 اسیدهای آمینه که در ساختمان پروتئنها شرکت دارند به اشکال مختلف دسته بندی می شوند که عبارتند از: 1-براساس محل گروه های عامل کربوکسیل و آمین الف-اسید های آمینه نوع آلفا( α)،درساختمان پروتئینها قرار دارند ب-اسیدهای امینه نوع بتا، گاماو دلتا، واسطه های شیمیایی محسوب می شوند ودر ساختمان پروتیئن ها وجود ندارند 2- براساس ساختمان الف- اسیدهای آمینه منو آمین منوکربوکسیل مانند گلایسین یا گلیکوکول(Gly)، آلانین(Ala)، لوسین(Lu)، ایزولوسین(Ilu)، والین(Val) ب- اسیدهای آمینه دی اسید منو آمین (دی اسید ی) مانند گلوتامیک اسید (Glu)و آسپارتیک اسید(Asp) ج-اسید های آمینهدی آمین منو اسید ( دی بازیک) مانند آرژنین (Arg ) و لیزین(Lys) د-اسید های آمینه الکلی مانند سرین (Ser) و تراونین (Thr)

6. ح- اسیدهای آمینه گوگرد دار مانند سیستئین(Cys) و متیونین(Met) خ- اسید های آمینه حلقوی شامل: • حلقوی آروماتیک مانند فنیل آلانین(Phe)، تیروزین(Tyr) • حلقوی ایندولی مانند تریتپوفان(Trp) • حلقوی ایمیدازول (His) هیستیدین د- اسید های آمینه آمیدی مانندگلوتامین(Gln)، آسپارژین(Asn) ذ-ایمینو اسید مانند پرولین( (Pro • براساس ضروری بودن : • ضروری شامل:His, Arg, lu, Lys, Ilu, Met, Trp, Thr, Phe, Val • غیر ضروری شامل: Ala, Pro, Gly, Ser, Tyr, Ast, Glu, Asn, Cys, Gln

7. 4بر اساس قطبیت (پولاریته): • اسید های آمینه قطبی بدون بار: سرین، ترئونین،تیروزین، سیستئین آ سپارژین، گلوتامین، گلایسین؟؟ • اسید های آمینه قطبی بابارمثبت: لیزین ، هیستیدین ،آرژنین • اسید های آمینه قطبی با بارمنفی: اسپارتیک اسید، گلوتامیک اسید • اسید های آمینه غیر قطبی : لوسین، ایزو لوسین، والین، آلانین، متیونین، فنیل آلانین، تریپتوفان، پرولین

8. خواص شیمیایی آمینو اسیدها 1-ایزومر L , D 2- خواص الکترلیتی یا یونیزاسیون: • تاثیر pH محیط بر بار اسید های آمینه • pI (pH ایزو الکتریک) 4- واکنش با نین هیدرین 5- جذب نوری 6- خواص عامل کربوکسیل(-COOH) • دکربوکسیلاسیون • ایجاد نمک با بازها • ایجاد استر با الکل ها • ایجاد آمید با آمین ها 7- خواص عامل آمین(-NH2 ) 7)

9. 8-تیتراسیون اسید های آمینه: الف- تیتراسیون اسید های آمینه خنثی ب -تیتراسیون اسید های آمینه اسیدی ج- تیتراسیون اسید های آمینه بازی

10. آمینو اسید های غیر پروتئینی 1-اورنی تین 2- سیترولین 3- بتا آلانین 4- همو سیستئین 5- sآدنوزیل متیونین

11. پروتئین پس از مطالعه این بخش باید مطالب زیر را بدانید : • تعریف پروتئین • خواص بیولوژیک پروتئین ها • انواع ساختمان پروتئین • روشهای جداسازی و تخلیص پروتئین ها • ساختمان و خواص همو گلوبین • مکانیسم اتصال همو گلوبین و میو گلوبین به اکسیژن

12. پپتید و پروتئین پپتید ها و پروتئین هااز مهمترین ماکرو مولکولهی بیولو ژیکی واطلاعاتی هستند که دارای اعمال بیولوژیکی مهمی هستندکه در بافتها و خون وجود دارند ودر حالت پاتولوژیکی مقدار، فعالیت، و محتویات آنها نسبت به شایط نرمال تغییر می کند پپتید های مهم: الف- تری پپتید گلو تاتیون Gln-Cys-Gly)) یک آنتی اکسیدان در گلبول قرمز است ب- دی پپتید کارنوزین که در بافت ماهیچه پستانداران وجود دارد

13. 1 طبقه بندی پروتئین ها: براساس عملکرد( خواص بیولوژیکی) • نقش ساختمانی: کلاژن، الاستین • ” کاتالیتیکی : آنزیم • ” ذخیره ای: حبوبات،.. • ” هورمونی: هورمونهای پروتئینی نظیر انسولین • ” حمل و نقل : همو گلوبین،البومین • ” در سیستم ایمنی : انتی بادی ها و برخی از آنتی ژن ها 2برحسب ساختمان • پروتئین های ساد ه (همو پروتئین) • پروتئین های مرکب ( هترو پروتئین)

14. تشکیل پپتید و پروتئین: با اتصال اسید های آمینه از طریق تشکیل پیوند پپتیدی بین گروه های عامل کربوکسیل و آمین آنها انواع مختلف • پپتید ها (دی، تری، تترا ، پنتا و هگزا) • الیگو پپتید هاو پلی پپتید ها (6- 30 AA ) • پروتئین ها ( 40AA<با وزن مولکولی 5000 دالتون) تشکیل می شود مشخصات پپتید ( پلی پپتید) • پیوند پپتیدی( کووالان، آمیدی،طول پیوند) • صفحه پپتیدی • چرخش حول پیوند هادر زنجیر • تعداد و انواع آمینو اسید • آمین انتهایی( C- terminal ) • کربوکسل انتهایی (N -terminal)>

15. ساختمان پروتئینها: 1- ساختمان اول 2- ساختمان دوم 3- ساختمان سوم 4- ساختمان چهارم 1- ساختمان اول دارای: • تعداد و انواع معینی ازانواع اسید آمینه های • نظم و ترتیب خاص (توالی یا سکانس) بین اسیدهای آمینه که مشخصه ضروری برای شکل مولکولی هر پروتئین است

17. 2-ساختمان دوم به سه شکل می تواند باشد که عبارتنداز: الف ساختمان آلفا(α-Helix)

18. مشخصات مارپیچ آلفا: • از اسید های آمینه نوع D یا L تشکیل شده است ولی مخلوط هر دو نمی تواند باشد • مارپیچ الفا راست بر • یا چپ بر است • .

19. اسید های آمینه طبیعی (L) ممکن است راست بر یا چپ بر باشند و نوع راست بر پایدارتر است • تمام پلی پپتید های طبیعی راست برند • تمایل زنجیره پپتیدی به شکل مارپیچ بستگی به ماهیت ریشه جانبی دارد و هیچ پروتئین طبیعی به صورت مارپیچ منظم وجودندارد • تمام طول یک زنجیره پلی پپتیدی به شکل مارپیچ نیست • اسید های آمینه Gly, Pro برهم زننده مارپیچ آلفا هستند وProدر محل خودایجاد خمیدگی می کند

20. ب- ساختمان بتا ( β- Sheet)

21. صفحات بتا دو شکل دارد: • موازی ( پارالل) • غیر موازی ( آنتی پارالل) • غیر پارالل پایدارتراز پارالل • است در پروتئین رشته ابریشم که حاوی تعداد زیاد Gly, Ala است صفحات بتا فراوان است

22. ج-چرخش بتا (β- turn) • تشکیل چرخش بتا (بطول 4 آمینو اسیدگلیسین شماره 2 و پرولین شماره 3 قراردارد) در یک زنجیره پلی پپتیدی باعث فشرده شدن زنجیره پلی پپتیدی ، ایجاد ساختمان سنجاق سری و کروی شدن آنها می گردد . • با ایجاد صفحات بتا در نواحی حاشیه ای زنجیره های پروتئین آلفا باعث می شود آنها در فضای کوچکتری قرار گیرند و از نظر انرژی با صرفه تر است

23. 3- ساختمان سوم (ساختمان سه بعدی یک زنجیره پلی پپتیدی)

24. شکل گیری ساختمان سه بعدی • در اثر تاخوردگی یک زنجیره پلی پپتیدی و نزدیک شدن زنجیره های جانبی اسید های آمینه ، و تشکیل پیوندهای ضعیف داخل زنجیری مانند پیوند هیدروژنی، یونی و هیدروفوب بین آنها گروه های عامل ریشه های جانبی ساختمان سه بعدی پایدار تشکیل می گردد.به علاوه با نزدیک شدن ریشه های سیستئین پیوند دی سولفیدی نیز ایجاد می شود که باعث استحکام ساختمان سه بعدی می شود. • با داشتن ساختمان سه بعدی پروتئین دارای عملکرد می باشد

25. 4- ساختمان چهارم

26. در پروتئین هایی که از بیش از یک زنجیره ( زیر واحد یا مونومر) یکسان یا متفاوت تشکیل شده اند ، مونومرها از طریق پیوندهای ضعیف و دی سولفیدی بهم متصل شده و مولکول پروتئین ساختار فضایی جدیدی بنام ساختمان چهارم را پیدا میکند که دراین شکل دارای عملکرد است و وجود کلیه مونومرها و اتصال صحیح بین آن ها برای عملکرد پروتئین ضروری است مانند هموگلوبین که دونوعαو β واز چهار زنجیره پلی پپتیدی بشکل 2 α2β وتشکیل شده است کوچکترین تغییر در یکی ازمونومرها باعث تغییر در در ساختمان فضایی مونومرها دیگرودر نتیجه در پروتئین و عملکرد آن می گردد

27. 1-خواص فیزیکو شیمیایی پروتئین ها • تغییر ماهیت یا دناتوراسیون • حلالیت پروتئین ها • خاصیت الکترولیتی ” • خواص آنتی ژنی ” 2- تعیین توالی اسید های آمینه • هیدرولیز • روش سانگر • روش ادمن • روش دنزیل کلراید • روش های آنزیمی 3- روش های جداسازی و خالص سازی پروتئین ها

28. انواع پروتئین ها 1-پروتئین های ساده ( همو پروتئین ها) شامل : -Aپروتئین های کروی شامل اکثر پروتئینهای سلول ، در آب و محلول های نمکی رقیق محلول هستند مانند: الف- آلبومین : • فراوانترین پروتئین پلاسما است و در کبد سنتز می شود . 50-70% پروتئین تام سرم را تشکیل می دهد. • نقش مهمی در تنظیم فشار اسمزی و انتقال مولکول های آب گریز ( اسید چرب ، بیلیروبین و برخی از هورمون ها) دارد • کاهش آن در سو تغذیه، بیماری کلیوی و روده ای • انواع آلبومین مانند آلبومین شیر و سفیده تخم مرغ

29. ب- گلوبولین ها: • برخی محلول در آب و برخی محلول رقیق نمکی هستند • دارای انواع β و α و γ هستند • محل سنتز انواع α و β کبد و نوع γ سلول های پلاسما و سلول های β بافت لنفوئیدی است • γ گلوبولین ها یا ایمونوگلوبولین ها ( آنتی بادی) دارای نقش ایمنی دارند که شامل انواع IgG, IgM, IgD, IgE, IgA می باشند

30. ج- هیستون ها: • درهسته وجود دارند و با DNA پیوند شده وتشکیل کروماتین می دهد • دارای خاصیت بازی با pH I=10هستند • دارای انواع مختلف H2a, H2b, ( غنی ازArg,Lys )H3,H4 ( غنی ازArg ) هستند د- پروتامین ها : • بازی با 7.4pH I= و با پیوند شده و نوکلئو پروتئین ها را تشکیل می دهند می دهند

31. -B پروتئین های رشته ای که بسیار طویل و رشته ای هستند و شا مل دودسته اند : الف-محلول در آب ب- غیر محلول در آب الف- پروتئین های رشته ای محلول در آب شامل: • فیبرینوژن • میوزین • اکتین • تروپومیوزین • تروپونین

32. فیبرینوژن • هگزامری ) با 6 زنجیره پلی پپتیدی) 2γ, 2Bβ, 2Aα که بصورت 2γو 2, Bβ2, Aαنمایش داده می شود • در کبد سنتز می شود و فاکتورI انعقاد خون نامید ه می شود وپیش ساز فیبرین ( عامل انعقاد خون) می باشد • غلظت آن دربیماری های کبدی کاهش یافته و موجب تخریب بافت کبد می شود

33. اکتین ، میوزین، تروپومیوزین ، تروپونین • میوزین( رشته های پهن پروتئینیMyosine=) • رشته های پهن یکی از پروتئین های ماهیچه را تشکیل می دهد • بسیار طویل با 4 زیر واحد که شامل : • دو زیر واحد بزرگ یا دو زنجیر سنگین(H)که بهم تاب خورده و بصورت یک جز رشته ای بلند طویلی با انتها تاب خورد ه و کروی شکل (قسمت سر ) در می آید • دو زیر واحد کوچک یا دو زنجیر سبک(L) که در مجاورت سر قرار می گیرند

34. دارای دو نقش آنزیمی( مربوط به بخش کروی) و مکانیکی است • با هیدرولیز ATP ( خاصیت آنزیمی ATPase) انرژی آزاد می کند • انرژی آزاد شده را برای انقباض رشته های عضلانی بکار می برد برای انجام انقباض ، رشته های پهن میوزین، در طول رشته های باریک ( اکتین، تروپومیوزین و تروپونین ) لیز می خورند

35. اکتین (Actin) • یکی از پروتئین های رشته ای محلول درآب ماهیچه است • از اجزا اصلی میکرو فیلامان( بخشی از سیتو اسکلت) است • همراه با میوزین یک واحد انقباض پذیر عضلانی به نام میو فیبریل ( رشته های عضلانی= سارکوم) را تشکیل می دهد و نقش مهمی در انقباض دارد • در هنگام انقباض ماهیچه ها، رشته های پهن( میوزین) در طول رشته های اکتین سر می خورد که سبب کوتاه شدن طول رشته های عضلانی می شود • دو شکل ساختمانی کرویG (Globular که با پلیمریزاسیون اکتین ایجاد می شود) و رشته ایF (Fibrilal) می تواند داشته باشد • به هر اکتین یک مولکول ATP متصل می شود • دارای شش ایزو فرم با اختلاف جزئی است که در بافت های مختلف ( ماهیچه های قلب، صاف) قرار دارند

36. تروپومیوزین (TRopomyosine) • از دو جز پلی پپتیدی به نام آلفا (α) و بتا (β) ساخته شده است • با اکتین پیوند میابد • برای هر هفت مولکول اکتین یک مولکول تروپومیوزین وجود دارد • نقش اساسی در انقباض از طریق لیز خوردن میوزین در طول رشته های اکتین است

37. تروپونین • شامل سه نوع زنجیره پلی پپتیدی مختلف با عملکرد های متفاوت شامل : • تروپونینI (ازاتصال اکتین به میوزین جلوگیری می کند) • تروپونین T (به تروپومیوزین متصل می شود) • تروپونین C (به کلسیم متصل می گردد) • برای هر کمپلکس تروپومیوزین ِیک تروپونین وجود دارد • نقش اساسی آن در ترکیب با کلسیم است

38. میکروفیلامنت

40. پروتئین های رشته ای غیر محلول در آب شامل: • کلاژن، الاستین و کراتین کلاژن • دارای سه زنجیره پلی پپتیدی از نوع آلفا غنی از اسید های آمینه گلایسین (دو جز در میان یک Gly قرار دارد) ، پرولین و هیدروکسی پرولین( یک چهارم کل اسید های آمینه) و لیزین و هیدروکسی لیزین

41. هریک از زنجیره های پلی پپتیدی آلفا راست گرد هستند • زنجیره آلفا به اشکال مختلف α2(IV) , α2(V) , α1(IV)α1(I) , α1(II), α1(III), ) وجود دارد • سه زنجیره پلی پپتیدی بصورت یک مارپیچ سه رشته ای درهم پیچیده (سه بعدی) چپ گرد در می آیند • برحسب نوع سه زنجیره آلفا در مارپیچ سه رشته ای و محل بافتی ، تا کنون 12نوعکلاژن شناسایی شده است • در بافت های پیوندی و استخوان وجود دارند • در اثر حرارت به ژلاتین( فاقد تریپتوفان) تبدیل می شود • قندهای گلوکزو گالاکتوز به اسید های آمینه پروتئین متصل هستند

42. الاستین • تروپوالاستین پیشساز الاستین است • در فیبر های زرد الاستیکی بافت های پیوندی، غضروف ها و تاندون ها وجود دارند • دارای اسید های آمینه پرولین و هیدروکسی پرولین و فاقد لیزین و هیدروکسی لیزین است • توسط الاستاز پانکراس هیدرولیز می شود

43. کراتین • پروتئین ساختمانی دو رشته ای است و در مو ناخن فراوان است • بدو شکل: آلفا (α) در پستانداران وبتا (β) در پرندگان و خزندگان است • دو رشته آلفا بدور هم تاب خورده و به صورت سوپر هلیکس در آمده است • وجود سیستئین در ساختارپروتئین و ایجاد پل های دی سولفیدی (-s-s-) بین آنها باعث استکام ساختمان کراتین می گردد

44. پروتئین های مرکب ( هتروپروتئین) • محصول ترکیب پروتئین ها( آپو پروتئین) با گروه های غیر پروتئینی ( هتروپروتئین=گروه پروستتیک) است • برحسب گروه پروستتیک دارایانواع کروموپروتئین ها، گلیکو پروتئین ها ، فسفو پروتئین ها و نوکلئو پروتئین ها می باشند • کروموپروتئین ها • بعلت داشتن گروه پروستتیک هم رنگی هستند و مهمترین آنها میوگلوبین و همو گلوبین می باشد که نقش انتقال اکسیژن در عضله و خون را در موجودات عالی دارند • دو کروموپروتئین مهم میوگلوبین (Mb)، هموگلوبین(Hb) است

45. میوگلوبین (Mb): (هم+ یک زنجیر گلوبین) • مونومری است با153AAشامل: • 8 ناحیه آلفا هلیکس باسامیA-H • یک گروه پروستتیک بنام هم • نامگذاری نواحی مارپیچ A-H از ناحیه Terminal N- شروع می شود • هر یک از مارپیچ های A-H توسط یکزنجیره رابط بهم متصل می شود • نام دو حرفی هریک از زنجیره های رابط از دو حرف دو مارپیچ آلفایی گرفته شده که زنجیره رابط در بینشان قرار گرفته است

46. N _Terminal را با NA و C-terminal را با CH نشان داده می شود • مولکول هم شامل چهار حلقه تترا پیرولی و یک اتم آهن است • جایگاه هم در میو گلوبین در میان دو مارپیچٍ FوE قرار دارد : • اتم آهن می تواند بااتم ئیدروژنازت های حلقه های تتراپیرول پیوند برقرار کنداز یک طرف به 4 اتم ازت حلقه پور فیرین از طرف دیگر به اتم ازتهیستیدین F8نزدیک به آهن (پروکسیمال)متصل می گردد از طرف دیگرهم با ریشه های 15 اسید آمینه که در 7 مارپیچ دیگر قرار دارند تماس دارد هیستیدین دور(پروکسیمال) یا E7 در سمتی از حلقه هم قرار دارد و مخالف F8 می باشد

47. آهن میوگلوبین غیر اکسیژنه در خارج حلقه هم و متصل به HisF8(هیستیدین نزدیک) قرار دارد و از طرف دیگر هم با ریشه های آمینو اسیدهای 7 مارپیچ دیگر در تماس است • وقتی میو گلوبین اکسیژنه می شود ، با اتصال اکسیژن به آهن ، آهن بسمت حلقه هم حرکت میکند همراه با حرکت آهن بسمت درون صفحه هم ، HisF8 و ریشه های متصل به HisF8 را نیز بدرون صفحه هم کشیده می شوند و بدین ترتیب پلهای نمکی موجود در بین ریشه های انتهای چهار زیر واحد شکسته می شود و بدین ترتیب با اتصال به اکسیژن سبب القای تغییرات عمیقی در ساختار دوم ، سوم و چهارم هموگلوبین می گرد د

48. ناقل اکسیژن در سلول های عضلانی است • منحنی اتصال آن به اکسیژن هیپر بولیک (هذلولی) است . زیرا فشار سهمی اکسیژن در مویرگ های عضلات فعال 20 mmHg است و در این شرایط، میو گلوبین در سلول های عضلانی در تماس با اکسیژن به خوبی اشباع شده و بمقدار ناچیزی در این فشار اکسیژن آزاد می کند ولی در فشارهای پایین ( کمتر از 5 mmHg) اکسیژن آزاد می کند تا به مصرف ساخت ATP در عضله برسد. • میوگلوبین بعنوان یک پروتئین انتقال دهنده اکسیژن مناسب نیست ولی برای ذخیره اکسیژن مناسب است • در سایر بافتها با فشار گاز اکسیژن 40 mmHg نیز بحالت اشباع بوده و به مقدار ناچیزی اکسیژن آزاد می کند

49. هموگلوبین(Hb) (هم+ گلوبین 4زنجیره ای) • تترامری است با 4 زیرواحد بفرم 2β2 α • هرزیرواحد دارای یک فرورفتگی است که یک مولکول همحاوی آهن در آن قرار می گیرد • آهن هم دو ظرفیتی است و می تواند • با اتم ئیدروژن ازت های حلقه های • تتراپیرول پیوند برقرار کند • زنجیره آلفادارای AA141 و زنجیره • بتادارای 146 AA است • درمرکز مولکول هموگلوبین حفره ای قرار دارد که محل قرار گیری اسید 2-3-دی فسفو گلیسیریک (2,3 DPG) است که نقش مهمی در تنظیم انتقال اکسیژن به بافت های محیطی دارد

50. مکانیسم انتقال اکسژن توسط Mb, Hb و منحنی اتصال اکسیژن به آنها • Hb گلبول قرمز، نقش حمل اکسیژن به بافت های محیطی را بعهده دارد • با افزایش فشار اکسیژن میل ترکیبی هم به اکسیژن افزایش می یابد و برعکس • رابطه بین تغییرات میزان ترکیب اکسیژن و هم برحسب غلظت اکسیژن محیط بصورت یک منحنی که بنام منحنی تجزیه اکسیژن نمایش داده می شود • منحنی اتصال اکسیژن به Mb یک منحنی هیپر بولیک است و در مورد Hb بصورت سیگموئید(S) است