آمینواسید و پروتئین

آمینواسید و پروتئین

اسلاید 1: Amino acids and proteinsRahman Mahdizadeh, Faculty member of Islamic Azad University, Bandar Abbas Branche & Department of Biochemistry, Molecular Medicine Research Center, Hormozgan University of Medical Sciences, Bandar Abbas ,Iran Email : R.Mahdizadeh@iauba.ac.ir & Rahman.Biochem@gmail.com http://prof.iauba.ac.ir/Masters/default/?masterID=729c68884bd359ade15d5f163166738a&LaID=1 https://scholar.google.com/citations?user=Ha1h-RsAAAAJ&hl=en

اسلاید 2: ساختمان گیاهان به طور عمده از کربوهیدرات تشکیل شده در حالیکه، ساختمان بدن انسان و حیوانات از پروتئین می‌باشد. پروتئین‌ها بعلت داشتن نیتروژن از نظر مولکولی با کربوهیدرات‌ها و لیپیدها تفاوت دارند. نقش اولیه پروتئین‌ها در بدن عبارت است از نقش ساختمانی ، تولید آتریم‌ها، هورمون‌ها، پروتئین‌های انتقالی و ایمنی و....پروتئین‌ها از اسیدهای آمینه تشکیل شده‌اند که با پیوند پپتیدی بهم متصل شده‌اند. توالی اسیدهای آمینه تعیین کننده ساختمان نهایی و عملکرد پروتئین می‌باشد که توسط رمز ژنتیکی ذخیره شده در هسته سلول به صورت DNA مشخص می‌شود.

اسلاید 3: سنتز پروتئین فرآیند پیچیده‌ای است که در آن الگوی پروتئین از DNA به RNA کپی می‌شود، الگوی سنتز پروتئین از طریق DNA پیامبر (mRNA) به رتیکولوم اندوپلاسمیک صاف منتقل می‌شود. با پیوند اسیدهای آمینه که توسط RNA تعیین می‌گردد پروتئین‌های جدید ساخته می‌شود. وقتی پروتئین ساخته شد، از پیام جدا شده و آماده استفاده می‌گردد.

اسلاید 4: پروتئین می‌تواند منبع انرژی باشد که 5 کیلوکالری در هر گرم انرژی تولید می‌کند. با این وجود استفاده از پروتئین برای تأمین انرژی نیاز به برداشت گروه آمین و تشکیل و دفع اوره در فرآیند دامیناسیون دارد که دارای هزینه متابولیکی بیش از 1 کیلوکالری در هر گرم می‌باشد. بنابراین اسکلت کربنی ایجاد شده می‌تواند به عنوان انرژی در حد 4 کیلوکالری در هر گرم استفاده شود.

اسلاید 5: Amino Acids

اسلاید 6: اسيدهاي آمينه دسته‎اي از تركيبات آلي هستند كه داراي حداقل يك عامل كربوكسيل و يك عامل آمين مي‎باشند. اگر چه تاكنون بيش از 300 نوع اسيد آمينه مختلف در طبيعت شناخته شده است، ولي تنها 20 نوع اسيد آمينه در ساختمان پروتئينها وجود داشته و در حقيقت تنها اين اسيدهاي آمينه داراي رمز ژنتيكي بر روي DNA مي‎باشند. در تمام اين اسيدهاي آمينه كه به آنها اسيدهاي آمينه عادي، استاندارد و يا پروتئيني نيز گويند، عامل آمين و كربوكسيل بر روي كربن آلفا قرار گرفته و لذا تمام اسيدهاي آمينه پروتئينی جزو آلفا آمينو اسيدها به حساب مي‎آيند .

اسلاید 7: γ δ β αCH2-CH2-CH2-CH2-COOH NH2 بتا آمينو اسيدCH2-CH2-CH2-CH2-COOH NH2 گاما آمينو اسيدCH2-CH2-CH2-CH2-COOHNH2 دلتا آمينو اسيد

اسلاید 8: L&D stereoisomerism

اسلاید 9: Invented the One Letter Amino Acid Code.

اسلاید 10:

اسلاید 11:

اسلاید 12:

اسلاید 13:

اسلاید 14:

اسلاید 15: UV light Absorption by Proteins – due to 2 Amino Acids

اسلاید 16: Cysteine can form Disulfide Bonds

اسلاید 17: Toxic Amino AcidsA search for compounds producing Yunnan Sudden Unexplained Deaths found related to eating a mushroom. Trogia venenata Zhu LHalford, B. C+E News Feb 13, 2012

اسلاید 18: اسيدهاي آمينه‎اي كه در ساختمان پروتئين‎ها يافت مي‎شوند، همگي از نوع L مي‎باشند. با اين وجود اسيدهاي آمينه نوع D در جدار سلولي برخي از ميكروارگانيسم‎ها وجود داشته و نيز ميكروارگانيسم‎ها پپتيدهايي را توليد مي‎نمايند، كه در آنها هر دو شكل اسيدهاي آمينه D و L وجود دارند. از جمله مي‎توان آنتي‎بيوتيك‎هاي پپتيدي مانند Gramicidin A، Actinomycin D و Bacitracin و نيز داروي ضد توموري پپتيدي Bleomycin را نام برد. همچنین D- آلانین و D- گلوتامات در دیواره سلولی برخی از باکتری ها وجود داشته و در ایجاد اتصالات متقاطع ( Cross-link ) در دیواره های سلولی نقش دارند.

اسلاید 19: Essential vs. Nonessential Amino Acids غیرضروریضروریAlanineآلانینArginine*آرژنینAsparagineآسپارژینHistidineهیستسدینAspartateاسپارتیک اسیدIsoleucineایزولوسینCysteineسیستئینLeucineلوسینGlutamateگلوتامیک اسیدLysineلیزینGlutamineگلوتامینمتیونینMethionine*گلیسینGlycinePhenylalanine*فنیل آلانینProlineپرولینThreonineتره اونینSerineسرینTyrptophanتریپتوفانTyrosineتیروزینValineوالین

اسلاید 20: هر يك از اين اسيدهاي آمينه، داراي شاخه جانبي غير قطبي بوده كه قادر به گرفتن و يا دادن پروتون نبوده و نيز در ايجاد پيوند يوني و يا هيدروژني شركت نمي‎كند. شاخه جانبي اين اسيدهاي آمينه خواصی شبيه به چربي‎ها را داشته و در آب نامحلول بوده و با یکدیگر تجمع پیدا کرده تا آب را از خود دور نمایند. به عبارتي قادر به ايجاد تداخلهاي هيدروفوبيك مي‎باشند. در محلول‎هاي آبكي، شاخه‎هاي جانبي اسيدهاي آمينه غير قطبي، تمايل دارند كه با يكديگر در قسمت داخلي پروتئين قرار گيرند. اين پديده به خاطر هيدروفوبیسيتي شاخه‎هاي جانبي غير قطبي بوده كه همانند يك قطره روغن كه در محيط آبكي قرار مي‎گيرد، عمل مي‎كنند. در حقيقت شاخه‎هاي جانبي غير قطبي، بخش دروني پروتئين‎هاي پيچ و تاب خورده را پر كرده و باعث مي‎شوند، كه شكل سه بعدي پروتئين ايجاد شود. 1- Amino Acids with Aliphatic R-Groups- اسیدآمینه هایی که ریشه آنها هیدروفوب(آبگریز)هستند.

اسلاید 21: گليسين،Glycine : Gly - G تنها اسيد آمينه‎اي است كه فاقد كربن نامتقارن بوده و در ساختمان پروتئين‎هاي رشته‎اي مانند كلاژن، الاستين و رشته ابريشم به مقدار فراوان وجود دارد. زنجيره جانبي گلیسین را تنها يك اتم هيدروژن تشكيل داده و بعضاً آن را در گروه دوم نيز طبقه‎بندي مي‎نمايند. این اسید امینه به گلیکوکول نیز مشهور است. 1- Amino Acids with Aliphatic R-Groups- اسیدآمینه هایی که ریشه آنها هیدروفوب(آبگریز)هستند.

اسلاید 22: آلانينAlanineAla - A يكي از فراوانترين اسيدهاي آمينه در پروتئين‎ها مي‎باشد . زنجيره جانبي كوچك آن ممانعتي در انعطاف‎پذيري رشته‎هاي پلي‎پپتيدي ايجاد نمي‎كند. گروه متيل در آن هيدروفوبيك قوي نبوده و بنابر اين هم در سطح پروتئين‎هاي محلول در آب و هم در قسمت داخلي آنها وجود دارد. 1- Amino Acids with Aliphatic R-Groups- اسیدآمینه هایی که ریشه آنها هیدروفوب(آبگریز)هستند.

اسلاید 23: 1- Amino Acids with Aliphatic R-Groups- اسیدآمینه هایی که ریشه آنها هیدروفوب(آبگریز)هستند. اسيدهاي آمينه ای كه داراي گروههاي آليفاتيك بزرگتر و كاملاً هيدروفوب هستند، به ندرت در قسمت سطحي پروتئين‎هاي گلوبولار (محلول در آب) پيدا مي‎شوند. والين، لوسين و ايزولوسين داراي شاخه جانبي حجيم و شاخه‎دار بوده و انعطاف‎پذيري زنجيره پروتئيني را محدود مي‎نمايند. ValineVal - VLeucineLeu - LIsoleucineIle - Iايزولوسين دارای دو کربن ناقرینه میباشد

اسلاید 24: Non-Aromatic Amino Acids with Hydroxyl R-Groups اسید آمینه هایی که ریشه آنها دارای عامل الکلی هستند. اسيدهاي آمينه سرين، ترئونين هر كدام داراي يك گروه هيدروكسيل قطبي بوده كه قادرند در تشكيل پيوند هيدروژني شركت كنند. تره آونین دارای دو کربن ناقرینه میباشدSerineSer - SThreonineThr - Tگروه هيدروكسيل درسرين، ترئونين مي‎توانند در زنجيره‎هاي پروتئينی به عنوان جايگاهي براي اتصال گروههايي مانند فسفات عمل نمايند. شاخه جانبي اسيد آمينه سرين نقش مهمي در جايگاه فعال بسياري از آنزيم‎ها دارد. علاوه بر اين گروه آميدي در آسپارژين و همچنين گروه هيدروكسيل در سرين و ترئونين، مي‎توانند جايگاهي براي اتصال شاخه‎هاي اليگو ساكاريدي در گليكو پروتئين‎ها نيز باشند.

اسلاید 25: Amino Acids with Sulfur-Containing R-Groups اسید آمینه هایی که ریشه آنها دارای عامل گوگردی هستنداتم گوگرد در متيونين از نوع تيو اتري مي‎باشد. عامل متيل بر روي گوگرد در اين اسيد آمينه نقش مهمي در انتقال ريشه متيل در واكنش‎هاي بيوشيميايي بعهده دارد CysteineCys - CMethionineMet-M

اسلاید 26: Acidic Amino Acids اسید آمینه هایی که ریشه آنها دارای عامل اسیدی هستند اسيدهاي آمينه آسپارتات و گلوتامات، دهنده پروتون بوده و در pH خنثي، شاخه جانبي اين اسيدهاي آمينه كاملاً يونيزه و داراي گروه كربوكسيل با بار منفي مي‎باشند . این اسیدهای آمینه با مولکولهای باردار مثبت نظیر اسیدهای آمینه بازی پیوند یونی ایجاد می نمایند. به اين تركيبات اسيد‎هاي آمينه دي اسيدي نيز گويند. اسید گلوتامیک نقش مهمی در انتقال عامل آمین (آمونیاک) حاصل از کاتابولیسم اسیدهای آمینه داشته و بصورت گلوتامین آن را منتقل می نماید. اسید آسپارتیک در سنتز پیریمیدین ها نقش مهمی را ایفا می نماید. Aspartic AcidAsp - DAcidGlutamicGlu-E

اسلاید 27: اسید آمینه هایی که ریشه آنها دارای عامل آمیدی هستندشاخه‎هاي جانبي آسپارژين و گلوتامين داراي يك گروه كربونيل و يك گروه آمین (آميد) بوده كه هر دو آنها نيز مي‎توانند در پیوندهاي هيدروژني شركت كنند. آمونیاک در بدن به صورت آسپارژین و گلوتامین در بافتها ذخیره و انتقال می یابد. گلوتامین در سنتز پورین ها و پیریمیدین ها نیز نقش دارد.

اسلاید 28: Basic Amino Acids اسید آمینه هایی که ریشه آنها دارای عامل آمین(دی بازیک) هستندشاخه جانبي اسيدهاي آمينه بازي، پروتون دريافت مي‎كنند. در pH فيزيولوژيك شاخه جانبي اسيدهاي آمينه ليزين و آرژينين كاملاً يونيزه بوده و داراي بار مثبت است. اسيدهاي آمينه. اين اسيدهاي آمينه در ساختمان پروتئين‎هاي هسته‎اي مانند هیستونها و پروتامين‎ها به مقدار زيادي يافت مي‎شوند. گروه انتهايي در شاخه جانبي اسيدآمينه آرژينين، گروه گوانيدين نام دارد. اسید آمینه آرژینین در سنتز اوره نقش مهمی را ایفا می کند. اسيد آمينه ليزين نيز در ساختمان كلاژن به صورت هیدروکسی لیزین به مقدار زياد یافت می شود.هيستيدين در هموگلوبين به مقدار نسبتاً زيادي وجود داشته و به همين لحاظ به هموگلوبين خاصيت بافري در pH فيزيولوژيك مي‎دهد. شاخه جانبي هيستيدين (ايميدازول) نام دارد.

اسلاید 29: Basic Amino Acids اسید آمینه هایی که ریشه آنها دارای عامل آمین(دی بازیک) هستندArginineArg - RLysineLys - KHistidineHis - H

اسلاید 30: Amino Acids with Aromatic Rings اسيدهاي آمينه حلقوي و آروماتيك به علت وجود شاخه‎هاي حجيم، انعطاف‎پذيري زنجيره‎هاي پلي‎پپتيدي را كاهش مي‎دهند. اين اسيدهاي آمينه در جذب نور ماوراء بنفش (UV) توسط پروتئين‎ها نقش دارند PhenylalaninePhe - FTyrosineTyr - YTryptophanTrp-Wاسید آمینه هایی که ریشه آنها دارای حلقوی هستند

اسلاید 31: Imino Acids دارای عامل آمین نوع دوم ProlinePro - P. عامل آمين پرولين نوع دوم است لذا پرولين يك آلفا ايمينو اسيد است، كه در گروه اسيدهاي آمينه حلقوي نيز مي‎تواند قرار بگيريد. ساختمان حلقوي و گروه آمين نوع دوم در پرولين، نقش مهمي در ساختمان پروتئين‎ها داردبطوريكه ساختمان حلقوي آن از چرخش پيوند اذت با كربن آلفا) α N-C (در باندهاي پپتيدي جلوگيري كرده و باعث مي‎شود كه پيوند پپتيدي شكل خاص (شكل سيس) بخود گرفته و در تا شدن رشته پلي‎پپتيدي نقش مهمي ايفا مي‎نمايد. به عبارتی پرولین در ساختمان پروتئینها باعث ناپایداری مارپیچ آلفا و نیز ساختمان بتا شده و به همین علت در ساختمان پروتئین ها همانند یک زانو عمل می نماید. پرولین از اجزاء مهم بافت همبند بوده و در پروتئینهائی مانند کلاژن و الاستین یافت می شود.

اسلاید 32: اسيدهاي آمينه كمياب پروتئينيعلاوه بر 20 نوع اسيد آمينه آلفا كه واحدهاي ساختماني پروتئين‎ها را تشكيل مي‎دهند، بعضي از اسيدهاي آمينه ديگر كه نسبتاً كمياب مي‎باشند، در ساختمان پروتئين‎ها يافت مي‎شوند. معمولاً اين اسيدهاي آمينه مشتقات متيله، استيله، كربوكسيله، فسفوريله، هيدروكسيله و يا ديگر مشتقات اسيدهاي آمينه استاندارد پروتئيني بوده كه بوسيله يك واكنش آنزيمي طي فرآيندي موسوم به تغييرات پس از ترجمه (Post translational modification) در ساختمان پروتئين ايجاد مي‎گردند. براي مثال مي‎توان اسيدهاي آمينه سیستین، هیدروکسی لیزین و هیدروکسی پرولین (که در ساختمان كلاژن وجود دارند)، دسموزین و ایزو دسموزین (که در ساختمان الاستين وجود دارند)، گاماكربوكسي گلوتامات (که در ناحيه N-ترمينال بسياري از پروتئين‎هاي انعقادي مانند پروترومين وجود دارد) و متیل لیزین، متیل هیستیدین و تری متیل لیزین که در برخي از پروتئين‎هاي ماهيچه‎اي يافت مي‎شوند را نام برد

اسلاید 33:

اسلاید 34: اسيدهاي آمينه غير پروتئينيعلاوه بر اسيدهاي آمينه استاندارد و اسيدهاي آمينه كمياب پروتئيني كه در ساختمان پروتئينها موجود مي‎باشند، بيش از 150 نوع اسيد آمينه ديگر شناخته شده است، كه در ساختمان پروتئينها شركت نكرده ولی نقش مهمي در فرآيندهاي متابوليكي دارند. اغلب اين اسيدهاي آمينه مشتقاتي از L-آلفا آمينو اسيدهاي موجود در پروتئينها بوده و بعضي هم از اسيدهاي آمينه نوع بتا، گاما و يا دلتا مي‎باشند. برای مثال مي‎توان اسيدهاي آمينه بتا آلانين (که از واحدهاي ساختماني اسيد پانتوتنيك میباشد)، هموسيستئين و هموسرين (که از واسطه های متابولیکی در متابولیسم اسیدهای آمینه هستند)، سیترولین و اورنیتین (که از واسطه‎هاي متابوليكي تشكيل اوره بوده و در سنتز آرژينين نقش دارند) و گاما آمينو بوتیريك اسيد (GABA) که به عنوان يك نوروترانسميتر در انتقال پيامهاي عصبي نقش دارد را نام برد

اسلاید 35:

اسلاید 36: Peptide Bond FormationWhere does this occur? Where does this occur?

اسلاید 37: Structure of a Simple PeptideSer-Gly-Tyr-Ala-Leu or SGYAL

اسلاید 38: When atoms A, B, C and D are mainchain atoms (ie. the carboxylic carbon, C1; the alpha carbon, C2 or C-alpha; and the amide group nitrogen, N), There are THREE repeating torsion angles along the backbone chain called phi, psi and omega.

اسلاید 39: Protein structure:There are four levels of protein structure (primary, secondary, tertiary and quaternary) Primary structure:   The primary structure of a protein is its unique sequence of amino acids.Lysozyme, an enzyme that attacks bacteria, consists of a polypeptide chain of 129 amino acids.The precise primary structure of a protein is determined by inherited genetic information.At one end is an amino acid with a free amino group the (the N-terminus) and at the other is an amino acid with a free carboxyl group the (the C-terminus).

اسلاید 40: High orders of Protein structure A functional protein is not just a polypeptide chain, but one or more polypeptides precisely twisted, folded and coiled into a molecule of unique shape (conformation). This conformation is essential for some protein function e.g. Enables a protein to recognize and bind specifically to another molecule e.g. hormone/receptor; enzyme/substrate and antibody/antigen.

اسلاید 41: 2- Secondary structure: Results from hydrogen bond formation between hydrogen of –NH group of peptide bond and the carbonyl oxygen of another peptide bond. According to H-bonding there are two main forms of secondary structure:α-helix: It is a spiral structure resulting from hydrogen bonding between one peptide bond and the fourth one β-sheets: is another form of secondary structure in which two or more polypeptides (or segments of the same peptide chain) are linked together by hydrogen bond between H- of NH- of one chain and carbonyl oxygen of adjacent chain (or segment).

اسلاید 42: Hydrogen bonding in α-helix: In the α-helix CO of the one amino acid residue forms H-bond with NH of the forth one.Supersecondary structure or Motifs : occurs by combining secondary structure.The combination may be: α-helix- turn- α-helix- turn…..etc Or: β-sheet -turn- β-sheet-turn………etc Or: α-helix- turn- β-sheet-turn- α-helixTurn (or bend): is short segment of polypeptides (3-4 amino acids) that connects successive secondary structures.e.g. β-turn: is small polypeptide that connects successive strands of β-sheets.

اسلاید 43: Tertiary structure is determined by a variety of interactions (bond formation) among R groups and between R groups and the polypeptide backbone.The weak interactions include: Hydrogen bonds among polar side chainsIonic bonds between charged R groups ( basic and acidic amino acids)Hydrophobic interactions among hydrophobic ( non polar) R groups.

اسلاید 44: Strong covalent bonds include disulfide bridges, that form between the sulfhydryl groups (SH) of cysteine monomers, stabilize the structure.

اسلاید 45: Quaternary structure: results from the aggregation (combination) of two or more polypeptide subunits held together by non-covalent interaction like H-bonds, ionic or hydrophobic interactions. Examples on protein having quaternary structure:Collagen is a fibrous protein of three polypeptides (trimeric) that are supercoiled like a rope.This provides the structural strength for their role in connective tissue.Hemoglobin is a globular protein with four polypeptide chains (tetrameric) Insulin : two polypeptide chains (dimeric)

اسلاید 46:

اسلاید 47: Classification of proteinsI- Simple proteins:i.e. on hydrolysis gives only amino acidsExamples: 1- Albumin and globulins: present in egg, milk and bloodThey are proteins of high biological value i.e. contain all essential amino acids and easily digested. Types of globulins: α1 globulin: e.g. antitrypsin: see laterα2 globulin: e.g. hepatoglobin: protein that binds hemoglobin to prevent its excretion by the kidneyβ-globulin: e.g. transferrin: protein that transport ironγ-globulins = Immunoglobulins (antibodies) : responsible for immunity.

اسلاید 48: 2- Globins (Histones): They are basic proteins rich in histidine amino acid. They are present in : a - combined with DNA b - combined with heme to form hemoglobin of RBCs.3- Gliadines are the proteins present in cereals.4- Scleroproteins: They are structural proteins, not digested. include: keratin, collagen and elastin.a- α-keratin: protein found in hair, nails, enamel of teeth and outer layer of skin. It is α-helical polypeptide chain, rich in cysteine and hydrophobic (non polar) amino acids so it is water insoluble.b- collagens: protein of connective tissues found in bone, teeth, cartilage, tendons, skin and blood vessels.

اسلاید 49: Collagen may be present as gel e.g. in extracellular matrix or in vitreous humor of the eye.Collagens are the most important protein in mammals. They form about 30% of total body proteins.There are more than 20 types of collagens, the most common type is collagen I which constitutes about 90% of cell collagens.Structure of collagen: three helical polypeptide chains (trimeric) twisted around each other forming triplet-helix molecule.⅓ of structure is glycine, 10% proline, 10% hydroxyproline and 1% hydroxylysine. Glycine is found in every third position of the chain. The repeating sequence –Gly-X-Y-, where X is frequently proline and Y is often hydroxyproline and can be hydroxylysine.

اسلاید 50: Principal functions of the proteins1 - Enzymatic catalysisalmost all biological reactions are enzyme catalyzed. Enzymes are known to increase the rate of a biological reaction by a factor of 10 to the 6th power! There are several thousand enzymes which have been identified to date.

اسلاید 51: 2 –transport small molecules are often carried by proteins in the physiological setting (for example, the protein hemoglobin is responsible for the transport of oxygen to tissues).

اسلاید 52: 3 - Storage :iron is stored in the liver as a complex with the protein ferritin4 -Coordinated motion- muscle is mostly protein, and muscle contraction is mediated by the sliding motion of two protein filaments, actin and myosin. 5 -mechanical support (skin and bone contain collagen-a fibrous protein); they mediate cell responses (rhodopsin is a protein in the eye which is used for vision)

اسلاید 53: 6 - Immune protectionkra - antibodies are protein structures that are responsible for reacting with specific foreign substances in the body.7 - Generation and transmission of nerve impulses - some amino acids act as neurotransmitters, which transmit electrical signals from one nerve cell to another. In addition, receptors for neurotransmitters, drugs, etc. are protein in nature. An example of this is the acetylcholine receptor, which is a protein structure that is embedded in postsynaptic neurons

اسلاید 54: 8 -Hormonal function نقش هورمونی :hormones and growth factors that regulate cell function, such as insulin or thyroid stimulating hormone are proteins.بسياري از هورمونها نيز پروتئين هستند. به عنوان مثال میتوان انسولين، تيروتروپين، هورمون رشد (سوماتوتروپين)، (Luteinizing Hormone) LH و FSH (Follicle Stimulating Hormone) را نام برد. هورمونهاي گوناگون ديگر پروتئينی نيز وجود دارند كه داراي وزن مولكولي كم (کمتر از KD 5) بوده و پپتيد اطلاق مي‎شوند. از مهمترين هورمونهاي پپتيدي می توان ACTH، ADH، گلوكاگن و كلسيتونين را نام برد.

اسلاید 55: 9 - نقش تنظیم بیان ژن: بعضي پروتئين‎ها در كنترل و تنظيم بيان ژن در مرحله رونويسي و ترجمه دخالت دارند. برای مثال می توان هيستونها، پروتئين‎هاي متوقف كننده (Repressors) و پروتئین های القاء كننده (Enhancers) را نام برد كه همگی در كنترل بيان ژن دخالت دارند.

اسلاید 56: Classes proteins1-simple proteins: which are composed of only amino acids I-Globular proteins :1-Albumins: Serum albumine, lactoalbumine , ovaalbumine.2-Globulins :-Alpha globulins : Alpha 1&alpha2 -Beta globulins : beta1&beta2-Gamma globulins 3-Histons.4-Protamins.

اسلاید 57: Antibody

اسلاید 58: IgM: كه از نظر ساختماني مي‎تواند بصورت منومر و يا پنتامر وجود داشته باشد. فرم منومر آن در سلولهاي β و فرم پنتامر آن در سرم وجود دارد. در مولكول پنتامر هر يك از منومرها بوسيله پيوندهاي دی سولفيدي كه در ناحيه C- ترمينال زنجيره‎هاي سنگين واقع شده‎اند و همچنين يك پلي‎پپتيدي به نام زنجيره (Joining) J به يكديگر متصلند IgM اولين آنتي‎بادي است كه پس از ورود آنتي‎ژن به بدن توسط سلولهاي β ساخته مي‎شود و تقريباً ‌8 تا 10% كل آنتي‎باديهای سرم را تشكيل مي‎دهد.ساختمان پنتامر IgM

اسلاید 59: IgD: از نظر ساختماني بصورت منومر و تقريباً‌ كمتر از 1% كل آنتي‎بادي‎هاي سرم را تشكيل مي‎دهد.IgG: از نظر ساختماني بصورت منومر بوده و داراي چهار زير گروه مي‎باشد. IgG، آنتي‎بادي اصلي سرم بوده و تقريباً‌ حدود 75% از كل آنتي‎بادي‎هاي سرم را تشكيل مي‎دهد. اين آنتي‎بادي نقش اصلي را در پاسخهاي ايمني در مقابل آنتي‎ژن در بدن ايفا كرده و تنها آنتي‎بادي است كه از طريق جفت از بدن مادر به جنين عبور كرده و آن را محافظت مي‎نمايد. IgG بالا‎ترين نیمه عمر را در ميان ساير آنتي‎بادي‎ها دارد.

اسلاید 60: IgE: از نظر ساختماني بصورت منومر بوده و به مقدار ناچيزي در سرم وجود دارد (حدود 004/0%). IgE در پاسخهاي آلرژي‎زا افزايش پيدا كرده و باعث تحريك ماست سلها و ترشح هيستامين مي‎گردد. IgA: از نظر ساختماني بصورت منومر، دي‎مر و تري‎مر وجود داشته و فرم غالب آن بصورت ديمر مي‎باشد. IgA در مايعات ترشحي نظير بزاق، اشك و همچنين ترشحات دستگاه تنفسي و روده‎اي به فراواني وجود دارد. بازگشت

اسلاید 61: CollagenPrincipal protein of connective tissueMost abundant protein in the body (30-35%)Triple helix of three “α” chains ~1000 amino acids long

اسلاید 62: كلاژن فراوانترين پروتئين رشته‎اي است كه بيش از 25% جرم پروتئيني بدن انسان را شامل مي‎گردد. تروپوكلاژن واحد اصلي كلاژن بوده و از سه زنجيره پلي‎پپتيدي تشكيل شده‎ كه طول هر يك حدود هزار ريشه اسيد آمينه است. هر پلي‎پپتيد در تروپوكلاژن يك مارپيچ چپگردان تشكيل مي‎دهد كه در هر دور آن حدود سه ريشه اسيد آمينه وجود دارد. سپس سه پلي‎پپتيد با ساختار مارپيچ چپگرد به دور هم پيچيده و يك مارپيچ ديگر بصورت راستگرد ايجاد مي‎نمايند. اين ساختار را اصطلاحاً‌ مارپيچ سه‎تايي (Triple Helix) مي‎نامند. استحکام يك فيبر كلاژني بالغ معادل يك ميله امتداد يافته با نسبت محوري حدود 200 مي‎باشد. ساختمان اين مارپيچ مضاعف با برقراري پيوندهاي هيدروژني بين هر يك از زنجيره‎هاي پلي‎پپتيدي ثابت مي‎شود .جهت مخالف چرخش اين مارپيچ مضاعف (super helix) سبب مي‎شود تا مارپيچ سه‎تايي كلاژن در برابر باز شدن بسيار مقاوم باشد (از همين اصول در كابلهاي فولادي پلهای معلق استفاده مي‎شود)Collagen Structure

اسلاید 63:

اسلاید 64: ElastinFibrous proteinFibers are crosslinked to each otherIf collagen is like a rope, elastin is like a rubber bandElastin is found in blood vessels, lung, skin, elastic ligaments, etc.

اسلاید 65: الاستين يكي ديگر از پروتئين‎هاي رشته‎اي غير محلول در آب است كه در فيبرهاي زرد الاستيكي بافت‎هاي پيوندي، غضروف‎ها و تاندون‎ها وجود دارد. در مقايسه با كلاژن كه رشته‎اي سخت و داراي قدرت كششي بالا است، ‌الاستين يك پروتئين بافت پيوندي با خواص شبيه به لاستيك مي‎باشد. رشته‎هاي الاستين در ريه‎ها، ديواره عروق و ليگامنت‎ها وجود داشته و قادرند تا چند برابر طول طبيعي خود كشيده شده و پس از حذف كشش از آنها، به حالت خود باز گردند. تروپوالاستين مولكول پيش ساز الاستين است كه از يك پلي‎پپتيد خطي با حدود 700 اسيد آمينه كه عمدتاً‌ كوچك و غير قطبي هستند (مانند گليسين، آلانين و والين) تشكيل شده است. الاستين نيز غني از اسيدهاي آمينه پرولين و ليزين بوده ولي حاوي تنها مقدار كمي هيدروكسي پرولين و فاقد هيدروكسي ليزين مي‎باشد.

اسلاید 66: Elastin gives young skin it’s “snap back” firm quality

اسلاید 67: Alpha KeratinFound in hair, fingernails, claws, horns and beaks Sequence consists of 311-314 residue alpha helical segments capped with non-helical N- and C-termini Primary structure of helical rods consists of 7-residue repeats: (a-b-c-d-e-f-g)n, where a and d are nonpolar. Promotes association of helices!

اسلاید 68: Keratin Structure

اسلاید 69: كراتين‎ها یکی دیگر از پروتئینهای رشته ای غیر محلول در آب بوده که تقريباَ تمام وزن خشك مو‏‌، ناخن، پشم، شاخ و... را تشكيل مي‎دهند. كراتين‎ها به دو صورت آلفا كراتين در پستانداران و بتا كراتين در پرندگان و خزندگان وجود دارند. آلفا كراتين‎ها جزيي از خانواده بزرگ پروتئينهاي حد واسط فيلامنتي (Intermediate filament proteins) بوده و همگي نقش ساختماني دارند. ساختمان كراتين از دو مارپيچ دو رشته‎اي تشكيل شده كه به دور يكديگر تاب خورده و بصورت مارپيچ‎هاي پيچ‎دار (Coiled Coil) در مي‎آيند. وجود اسیدآمینه سیستئین و ایجاد پلهای دی سولفیدی باعث استحکام ساختمان کراتین می گردد.

اسلاید 70:

اسلاید 71:

اسلاید 72:

اسلاید 73: ارتباط ساختمان وعملکرد پروتئینهابررسي دقيق نمونه‎هاي پروتئيني نه تنها نشانگر ساختمانهاي منحصر به فردي است كه عملكرد بيولوژيك خاصي را تأمين مي‎كنند، بلكه ارتباط نزديك ساختمان و عمل بيولوژيك پروتئين را نيز نشان مي‎دهند.هموگلوبین ومیوگلوبین در انتقال وذخیره سازی اکسیژن نقش دارند.گروه پروستتیک هم مسئول این فعالیت هاست.

اسلاید 74: ارتباط ساختمان وعملکرد پروتئینهاميوگلوبين و هموگلوبين گروهي از هموپروتئينها هستند كه حاوي يك گروه پروستاتيك هِم بوده كه بطور محكم به رشته پروتئيني متصل است. نقش گروه هِم در اين پروتئينها بوسيله محيطي كه ساختمان سه بعدي پروتئين براي آن فراهم كرده است تعيين مي‎گردد.

اسلاید 75: Hemoglobin/myoglobinO2 very insoluble in waterNon-polar due to equal sharing of electrons in covalent bondsBody has O2 carrying proteins to overcome limitation of solubilityHemoglobin (Hb) - located in RBCAlso transports CO2 and H+Myoglobin (Mb) - located in muscle fibresFacilitates movement of O2 from blood to mitochondria

اسلاید 76: HemeMb and Hb able to bind O2 due to presence of Heme groupHemeNon-peptide prosthetic groupConsists of:Protoporphyrin ringFe2+ (ferrous) ion which can form bonds on either side of heme planeFrom: Elliott, WH. Elliott, DC. (1997) Biochemistry and Molecular Biology. Oxford: Oxford University Press. p374

اسلاید 77:

اسلاید 78: Myoglobin (Mb)Mb is a compact globular proteinHeme group located in crevicesurrounded by non-polar residues, except for 2 histidinesNon-polar residues protect Fe2+ from oxidation to Fe3+ (Hematin) which will not bind O2From: Stryer, LS (1988) Biochemistry (3rd Ed). New York: WH Freeman & Co. p145

اسلاید 79: Myoglobin (Mb)Fe2+ of heme group bonded to proximal histidine (F8)Oxygen binds on other side of heme planeDistal histidine (E7) reduces binding spaceforces O2 to bind at an anglemakes bond weaker so O2 more easily removed when requiredAdapted from: Stryer, LS (1988) Biochemistry (3rd Ed). New York: WH Freeman & Co. p146

اسلاید 80: Hemoglobin (Hb)Hb has quaternary structure4 polypeptide chains held together by non-covalent bondsEach chain contains heme group located in crevice near exterior of moleculeAdapted from: Elliott, WH. Elliott, DC. (1997) Biochemistry and Molecular Biology. Oxford: Oxford University Press. p379

اسلاید 81: Hemoglobin (Hb)Conformations of Mb and Hb chains similar despite only 17% homology of amino acid sequenceSimilar conformation provides heme group with environment to reversibly bind O2 whilst protected from oxidationFrom: Stryer, LS (1988) Biochemistry (3rd Ed). New York: WH Freeman & Co. p152

اسلاید 82: Hemoglobin (Hb)Despite similar conformations, quaternary structure of Hb confers additional biological functionsMyoglobinCarries O2Binding of O2 non-cooperativeAffinity for O2 independent of pH, CO2 and 2-3 BPGHemoglobinCarries O2, CO2 and H+Binding of O2 cooperativeAffinity for O2 dependent on pH, CO2 and 2-3 BPG

اسلاید 83: نكته باليني: اكسيداسيون آهن فرو موجود در هِم در ساختمان ميوگلوبين و هموگلوبين به آهن فريك منجر به ايجاد مت ميوگلوبين و مت هموگلوبين مي‎گردد. هيچكدام از اين پروتئينهاي اكسيد شده قادر به اتصال اكسيژن نبوده و در عوض ششمين كئوردیناسیون آهن فريك در آنها را مولكول آب تشكيل مي‎دهد.مت هموگلوبين برخلاف هموگلوبين بطور شديدي يون سيانيد (CN-) را به خود متصل مي‎كند. اين موضوع در درمان مسموميت با سيانور بسيار مهم بوده و كاربرد دارد. در اين مواقع بطور عمدي آهن بخشي از هموگلوبين بوسيله تركيبي به نام آميل نيتريت اكسيد مي‎شود. در اين حالت مت هموگلوبين ايجاد شده قادر به برداشت يون سيانيد در جريان خون شده و از اثر مهاري و سمي آن بر تنفس سلولی جلوگيري مي‎‎نمايد.

اسلاید 84: اتصال اكسيژن به ميوگلوبين و هموگلوبين From: Stryer, LS (1988) Biochemistry (3rd Ed). New York: WH Freeman & Co. p154ميوگلوبين تنها قادر است يك مولكول اكسيژن را به خود متصل كند زيرا فقط داراي يك گروه هِم مي‎باشد. در مقايسه هموگلوبين قادر به اتصال چهار مولكول اكسيژن است.

اسلاید 85: نكته باليني: غلظت 2 و 3 دي‎فسفوگليسرات در گلبولهاي قرمز در اثر هيپوكسي‎هاي كرونيك افزايش مي‎يابد. اين حالت در نفس تنگي‎هاي ريوي (obstructive pulmonary emphysema) و در ارتفاعات بالا نيز مشاهده مي‎شود. بطوريكه در اين حالتها هموگلوبين جريان خون به سختي اكسيژن كافي دريافت مي‎نمايند. سطح 2 و 3 دي‎فسفوگليسرات داخل سلولي نيز در آنمي‎هاي كرونيك افزايش مي‎يابد. زيرا در اين حالت سلولهاي گلبول قرمز به مقدار كمتري قابل دسترسي بوده تا اكسيژن مورد نياز را تأمين نمايند. بالا بودن 2 و 3 دي‎فسفو گليسرات در حالات فوق منجربه كاهش ميل تركيبي اكسيژن به هموگلوبين شده و باعث مي‎شود كه اكسيژن بيشتري از هموگلوبين در مويرگهاي بافتي آزاد شود.

اسلاید 86: هموگلوبين‎هاي فرعي

اسلاید 87: انواع هموگلوبينوپاتي‎ها هموگلوبينوپاتي‎ها گروهي از بيماريهايي هستند كه به علت توليد هموگلوبينهاي غير طبيعي و يا سنتز مقادير ناكافي هموگلوبين‎هاي نرمال و يا به ندرت به هر دو علت ايجاد مي‎شوند. آنمي داسي شكل( (sickle cell anemia. 2 S 2 بيماري هموگلوبينC (HbC disease)هموگلوبين (HbC) C واريانت ديگري از هموگلوبين بوده كه در آن يك جايگزيني در اسيد آمينه شماره 6 زنجيره  انجام گرفته است. در اين هموگلوبين اسيد آمينه Lys بجاي گلوتامات جايگزين شده است.

اسلاید 88: انواع هموگلوبينوپاتي‎هاهموگلوبين (HbSC) SC نيز از ديگر هموگلوبين‎هاي غير طبيعي است كه در آن بعضي از زنجيره‎هاي  داراي موتانت S بوده در حاليكه ساير زنجيره‎هاي  موتانت C را دارند. سطح هموگلوبين در اين بيماران بالاتر از افرادي كه آنمي داسي شكل دارند مي‎باشد و حتي ممكن است مقدار هموگلوبين‎ آنها در ناحيه پايين رنج طبيعي قرار گيرد.

اسلاید 89: انواع هموگلوبينوپاتي‎هاتالاسمي‎ها نيز بيماريهاي هموليتيكي ژنتيكي بوده كه در آنها يك عدم تعادل بين سنتز زنجيره‎هاي گلوبين وجود دارد. در تالاسمي‎ها، سنتز زنجيره‎‎هاي  و يا  معيوب مي‎شود.در  تالاسمي زنجيره‎هاي  يا وجود ندارند و يا سنتز آنها كاهش پيدا كرده است. در چنين حالتي سنتز زنجيره‎هاي  ادامه پيدا كرده و منجربه تجمع تترامرهاي 4 مي‎گردد. هر چند اين تترامرها محلول هستند ولي تداخلهاي هِم-هِم در آنها وجود نداشته و منحني اشباع اكسيژن آنها بصورت هيپربوليك است. لذا ميل تركيبي زيادي به اكسيژن از خود نشان داده و نمي‎توانند اكسيژن را در بافتها به راحتي از خود آزاد نمايند.

اسلاید 90: انواع هموگلوبينوپاتي‎هادر  تالاسمي سنتز زنجيره‎هاي  كم و يا انجام نمي‎گيرد. در حاليكه زنجيره‎هاي  بطور نرمال سنتز مي‎شوند. در اين حالت زنجيره‎هاي  نمي‎توانند تترامرهاي پايدار ايجاد كرده و در نتيجه رسوب نموده و باعث مرگ زودرس گلبولهاي قرمز مي‎شوند.

اسلاید 91: موفق باشید