โปรตีน

เป็นชีวโมเลกุลที่มีประกอบด้วยธาตุ C H N O และ S แต่อาจพบ P Fe Zn และ Cu ได้ หน่วยโครงสร้างของ โปรตีน คือ กรดอะมิโนที่ต่อกันเป็นสายยาว และอาจ มีมากกว่า 1 สาย โปรตีนแต่ละชนิดมีส่วนประกอบทางเคมี (chemical composition) น้ำหนักโมเลกุล การเรียงลำดับ และความยาวสายของกรด อะมิโนที่จำเพาะ
http://www.fi.au.dk/jpa/ca-ATPase1-home-page2.gif
ประเภทของโปรตีน

แบ่งออกเป็น 2 ประเภท โดยอาศัยส่วนประกอบ ดังนี้

1. Simple protein เป็นโปรตีนที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนเพียงอย่าง เดียว เช่น เอนไซม์ไรโบนิวคลีเอส (ribonuclease)
ribonuclease
http://fig.cx.miami.edu/~cmallery/150/ handouts/ribonuclease.jpg
2. Conjugated protein เป็นโปรตีนที่ประกอบด้วยกรดอะมิโน และส่วนที่ไม่ใช่กรดอะมิโน โดยส่วนที่ไม่ใช่กรดอะมิโน เรียกว่า หมู่พรอสเธติก (prosthetic group) ซึ่งมีหน้าที่สำคัญเกี่ยวกับการทำงาน ของโปรตีน เช่น ไลโปโปรตีน (lipoprotein) มีหมู่พรอสเธติก คือ ลิพิด (lipid)
นอกจากนี้ยังแบ่งออกเป็น 2 ประเภท โดยอาศัยโครงรูป (conformation) หรือรูปร่าง 3 มิติ (three dimensional shape) ดังนี้
1. โปรตีนเส้นใย (fibrous protein) ประกอบด้วยโซ่พอลิเพปไทด์เป็นเส้นยาวขนานกับแกนใน ลักษณะเป็นเส้นใย (fiber) หรือเป็นแผ่น (sheet) มีความแข็ง เหนียว และอาจจะยืดหยุ่นได้ ไม่ละลายในน้ำ หรือในสารละลายเกลือที่เจือจาง เช่น คอลลาเจน (collagen) ของเอ็น (tendon) เมทริกซ์ (matrix) ของกระดูก คีราทิน (keratin) ของเส้นผม ขน เขา และเล็บ ไฟโบรอิน (fibroin) ของเส้นไหม และอีลาสติน (elastin)
http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/elascart.gif
fibrous protein

ดูตัวอย่าง

Click

http://www.bio.com/pics/Prionprotein.jpg
globular protein

2. โปรตีนกลอบูลาร์ (globular protein) ประกอบด้วยโซ่พอลิเพปไทด์ขดม้วนแน่นในลักษณะกลม โครงสร้างของโปรตีนพวกนี้ประกอบด้วยเกลียวอัลฟา และโครงรูปเบตาในปริมาณต่างๆ กัน โดยมีหมู่ R ที่โพลาร์ของกรดอะมิโนอยู่ด้านนอกของโมเลกุล และหมู่ R ที่ไม่โพลาร์อยู่ด้านในของโมเลกุล โปรตีนนี้ส่วนใหญ่ละลายในน้ำได้ เช่น เอนไซม์เกือบทุกชนิด แอนติบอดี (antibody) ฮอร์โมนบางชนิด และโปรตีนขนส่ง


โปรตีนบางชนิดมีคุณสมบัติทั้งโปรตีนเส้นใยและโปรตีน กลอบูลาร์ เช่น ไมโอซิน (myosin) ซึ่งทำหน้าที่ในการหด ตัวของกล้ามเนื้อ และไฟบริโนเจน (fibrinogen) ซึ่งมี โครงสร้างเป็นโปรตีนเส้นใยแต่สามารถละลายได้ในสาร ละลายเกลือเหมือนโปรตีนกลอบูลาร์

ดูตัวอย่าง

Click

ดูรายละเอียด

Click

โครงสร้างของโปรตีน
โครงสร้างปฐมภูมิ (primary structure) หมายถึง โครงสร้างของโปรตีนในลักษณะที่กรดอะมิโน เรียงตัวเป็นสายโซ่พอลิเพปไทด์ที่จำเพาะ
โครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure) หมายถึง โครงสร้างของโปรตีนในลักษณะที่มีโซ่พอลิ เพปไทด์ขดม้วนเป็นเกลียวในลักษณะเกลียวอัลฟา หรือโครงรูปแบบซิกแซกมาเรียงขนานกันเป็นแผ่นจีบ (pleated sheet) โดยคงรูปอยู่ได้ด้วยพันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond) และพันธะไดซัลไฟด์ (disulfide bond) โครงสร้างนี้พบในโปรตีนเส้นใย
โครงสร้างตติยภูมิ (tertiary structure) หมายถึง โครงสร้างของโปรตีนในลักษณะที่มีโซ่พอลิเพป ไทด์ขดม้วนแน่นในลักษณะกลม โดยคงรูปอยู่ได้ด้วยพันธะไดซัลไฟด์ และพันธะอ่อน ได้แก่ พันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรโฟบิก (hydrophobic bond) และแรงแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waals force) โครงสร้างนี้พบ ในโปรตีนกลอบูลาร์
โครงสร้างจตุรภูมิ (quaternary structure) หมายถึง โครงสร้างของโปรตีนในลักษณะที่มีโซ่ พอลิเพปไทด์มากกว่าหนึ่งโซ่อยู่รวมกันด้วยพันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรโฟบิก และแรงแวนเดอร์วาลส์ แต่ละโซ่พอลิเพปไทด์ อาจเรียกว่า หน่วยย่อย (subunit) หรือ โปรโตเมอร์ (protomer) ซึ่งอาจจะเหมือนกัน หรือต่างกันได้ โปรตีนที่มีโครงสร้างลักษณะนี้ เรียกว่า โอลิโกเมอริกโปรตีน (oligomeric protein) เช่น ฮีโมโกลบิน ประกอบด้วยโซ่อัลฟา 2 โซ่ และโซ่เบตา 2 โซ่
http://www.columbia.edu/cu/biology/courses/c2005/images
พันธะในโครงสร้างของโปรตีน
peptide bond
พันธะเพปไทด์ เป็นพันธะโควาเลนท์ หรือพันธะเอไมด์ที่เชื่อมกรดอะมิโนเข้า ด้วยกันเกิดขึ้นระหว่างหมู่คาร์ บอกซิลของกรดอะมิโนตัวที่หนึ่งกับหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนตัวที่อยู่ถัดไปแล้วได้น้ำออกมา 1 โมเลกุล
พันธะไดซัลไฟด์ เป็นพันธะโควาเลนท์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชันระหว่างหมู่ไธออล (thiol group, -SH) ของกรดอะมิโนชนิดซิสเตอีน 2 โมเลกุล อาจเกิดขึ้นในโซ่พอลิเพปไทด์เดียวกัน (intrachain disulfide bond) หรือต่างกัน (interchain disulfide bond) ก็ได้
พันธะไฮโดรเจน เป็นพันธะอ่อนที่เกิดขึ้นโดยการแบ่งการใช้ H อะตอมระหว่าง N กับ คาร์บอนิล O อาจเกิดขึ้นในโซ่เพปไทด์เดียวกัน (intrachain hydrogen bond) หรือต่างกัน (interchain hydrogen bond) ก็ได้
ชนิดของโปรตีนและตัวอย่าง
แหล่งที่พบหรือหน้าที่

เอนไซม์ :

ไรโบนิวคลีเอส

ไซโทโครมซี

ทริปซิน

 

ไฮโดรไลซ์

ถ่ายทอดอิเล็กตรอน

ไฮโดรไลซ์เพปไทด์บางชนิด

โปรตีนสะสม (storage protein) :

โอวาลบูมิน

เคซีน

เฟอร์ริทิน

 

โปรตีนในไข่ขาว

โปรตีนในน้ำนม

โปรตีนสะสมธาตุเหล็กในม้าม

โปรตีนขนส่ง (transport protein) :

ฮีโมโกลบิน

ไมโอโกลบิน

อัลบูมินในซีรัม

 

ขนส่ง O2 ในเลือดสัตว์มีกระดูกสันหลัง

ขนส่ง O2 ในกล้ามเนื้อ

ขนส่งกรดไขมันในเลือด

คอนแทร็กไทล์โปรตีน (contractile protein) :

ไมโอซิน

แอกติน (actin)

 

มีหน้าที่ในการเคลื่อนไหวและหดตัว

ของกล้ามเนื้อ

โปรตีนป้องกันในเลือดสัตว์มีกระดูกสันหลัง (protective protein) :

แอนติบอดี

ไฟบริโนเจน

ธรอมบิน (thrombin)

 

 

สร้างสารเชิงซ้อนกับโปรตีนแปลกปลอม

เป็นต้นตอของไฟบรินในการแข็งตัวของเลือด

เป็นส่วนประกอบในกลไกการแข็งตัวของเลือด

โปรตีนโครงสร้าง (structural protein) :

ไกลโคโปรตีน

อัลฟา -คีราทิน

คอลลาเจน

 

เป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์

โปรตีนในผิวหนัง ขน เล็บ และเขา

โปรตีนในเอ็น และกระดูกอ่อน

ฮอร์โมน :

อินซูลิน

แอดรีโนคอร์ติโคโทรปิคฮอร์โมน

 

ควบคุมเมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต

ควบคุมการสังเคราะห์คอร์ติโคสเตอรอยด์

สารพิษ (toxin) :

พิษคอตีบ (diphtheria toxin)

พิษงู (snake venom)

 

เป็นสารพิษในแบคทีเรีย

เป็นเอนไซม์ที่ไฮโดรไลซ์ฟอสโฟกลเซอไรด์

หน้าที่ของโปรตีน
คุณสมบัติของโปรตีน

1. เกิดปฏิกิริยาไบยูเร็ต (Biuret reaction) ได้ นั่นคือ เพปไทด์และโปรตีนสามารถทำปฏิกิริยากับ CuSO4 ในด่างให้สารเชิง ซ้อน (complex) ระหว่าง Cu2+ และเพปไทด์ได้สารมีสีม่วง จึงนำมาใช้ในการหาปริมาณ ของโปรตีนในสารละลายได้


2. โปรตีนสามารถดูดแสงได้ในช่วงความยาวคลื่น 180-220 นาโนเมตร และช่วงอินฟราเรด


3. โปรตีนสามารถสูญเสียแอกติวีตีทางชีวภาพ (denaturation) โดยพันธะอ่อนจะถูกทำลายไป สาเหตุมาจาก ภาวะที่อุณหภูมิที่สูงเกินไป การเปลี่ยนแปลง pH ที่สูงหรือต่ำเกินไป และสารบางชนิด เช่น ยูเรีย และกวานิดิเนียม ไอออน (guanidinium ion) ดังนั้น จึงใช้สารเหล่านี้ในการแยกหน่วยย่อยของโปรตีนออกจากกัน ส่วนพันธะ เพปไทด์และพันธะไดซัลไฟด์ยังคงอยู่ ซึ่งพันธะไดซัลไฟด์สามารถ ถูกทำลายได้ด้วยสารเคมี เช่น กรดเพอร์ ฟอร์มิก (performic acid) และตัวรีดิวซ์ (reducing agent) เช่น เบตา-เมอร์แคปโตเอธานอล และไดไธโอไธรทอล (dithiothreitol)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


กระบวนการแอนนีลิง (annealing หรือ renaturation หรือ refolding) เป็นกระบวนการทำให้โปรตีนที่สูญเสีย แอกติวีตี ทางชีวภาพกลับมีแอกติวีตีทางชีวภาพเหมือนเดิมหลังจากที่แยกเอาตัวทำลาย สภาพการขดตัวออกไป อาจกระทำโดยวิธีไดแอลิซิส (dialysis)


4. โปรตีนสามารถแตกตัวได้เช่นเดียวกับกรดอะมิโน ดังนั้นที่จุด pI โปรตีนจะมีประจุสุทธิเป็นศูนย์ ซึ่งไม่สามารถ เคลื่อนที่ได้ในสนามไฟฟ้า ที่จุด pH สูงกว่า pI โปรตีนจะมีประจุสุทธิเป็นลบ ทำให้เคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวก และที่จุด pH ต่ำกว่า pI โปรตีนจะมีประจุสุทธิเป็นบวก ทำให้เคลื่อนที่เข้าหาขั้วลบ


5. โปรตีนส่วนใหญ่ละลายได้ในน้ำหรือสารละลายเกลือที่เจือจาง ซึ่งปัจจัยที่มีผลต่อการละลายของโปรตีน มีดังนี้


5.1 ความเข้มข้นของเกลือ โปรตีนจะละลายเพิ่มขึ้นเมื่อเติมเกลืออนินทรีย์ลงไปในปริมาณน้อย เรียกว่า salting in แต่เมื่อเติมเกลืออนินทรีย์ลงไปในปริมาณที่มาก ๆ โปรตีนกลับละลายลดลง และเกิดการตกตะกอนเพิ่มขึ้น เรียกว่า salting out ดังนั้น จึงนำเทคนิค salting out มาใช้ในการทำให้โปรตีนบริสุทธิ์โดยไม่ทำให้โปรตีน เสียแอกติวีตีทางชีวภาพ เช่น ใช้เกลือแอม โมเนียมซัลเฟต (ammonium sulfate, (NH4)2SO4) ในการตก ตะกอนโปรตีน


5.2 ในสภาพที่เป็นด่าง ไอออนของโลหะหนัก เช่น Cd+ Cu2+ Fe2+ Hg2+ Pb2+ และ Zn2+ สามารถตกตะกอน โปรตีนที่มีประจุสุทธิเป็นลบได้ และในสภาพที่เป็นกรด โปรตีนมีประจุสุทธิเป็นบวกสามารถจับกับ anion ของกรดบางชนิด เช่น กรดไตรคลอโรอะซีติก (trichloroacetic acid หรือ TCA) และตกตะกอนโปรตีนได้


5.3 pH มีผลทำให้ประจุสุทธิบนโมเลกุลของโปรตีนเปลี่ยนแปลงได้ และโปรตีนจะละลายได้น้อยที่สุด หรือตก ตะกอนได้มากที่สุด ที่จุด pI ของมัน เนื่องจากโปรตีนมีประจุสุทธิเป็นศูนย์ เรียกการตกตะกอน โปรตีนที่จุด pI ว่า isoelectric precipitation


5.4 ความร้อน มีผลทำให้การละลายของโปรตีนลดลง ทั้งนี้เพราะไปทำลาย weak bond ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีน


5.5 ตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น อะซีโตน และเอธานอล สามารถตกตะกอนโปรตีนได้ดีที่อุณหภูมิใกล้ 0 oC หรือ ต่ำกว่าโดย ไม่เสียแอกติวีตีทางชีวภาพ เพราะไปลดความสามารถในการทำหน้าที่เป็นตัวทำละลาย ของน้ำได้ นอกจากนี้ ตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น ไดเมธิลซัลฟอกไซด์ (dimethyl sulfoxide, DMSO) และ N,N-ไดเมธิล ฟอร์มาไมด์ (N,N-dimethylformamide, DMF) ก็เป็นตัวทำละลายของโปรตีนที่ดีในภาวะอุณหภูมิปกติ


http://itb.uni-stuttgart.de/training/bioinformatics01/solutions/group _03/exercise10/processB.jpg
Back
/3levelpro.4p.jpg