Biochemistry

2007/Sep/10

เปปไทด์และโพลีเปปไทด์ที่ปรากฏในธรรมชาติและสามารถทำหน้าที่ได้ มีขนาดอยู่ในช่วงที่กว้างมากๆ มีตั้งแต่มีความยาวเพียงกรดอะมิโน 2 หน่วย ไปจนถึงหลายๆพันหน่วยกรดอะมิโน แม้เพียงเปปไทด์ที่เล็กที่สุดก็ยังสามารถมีผลสำคัญทางชีวภาพได้ ดังเช่น ไดเปปไทด์ชนิดหนึ่งที่สังเคราะห์ขึ้นมาใช้ในเชิงการค้า, L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester, ไดเปปไทด์ชนิดนี้ถูกใช้เป็นสารเติมความหวานหรือเรียกกันในชื่อที่รู้จักกันดีว่า Aspartame

เปปไทด์ขนาดเล็กหลายๆชนิดสามารถทำให้เกิดผลทางชีวภาพได้ แม้จะมีปริมาณน้อยมากๆ ตัวอย่างเช่น oxytocin(ประกอบด้วยกรดอะมิโน 9 หน่วย) ก็อยู่ในประเภทนี้เช่นกัน oxytocin ถูกหลั่งออกมาโดยต่อมใต้สมองส่วนหลัง มีฤทธิ์กระตุ้นการบีบรัดตัวของมดลูก, bradykinin (ประกอบด้วยกรดอะมิโน 9 หน่วย) ยับยั้งการอักเสบของเนื้อเยื่อ และ thyrotropin-releasing factor (ประกอบด้วยกรดอะมิโน 3 หน่วย) ถูกสร้างขึ้นมาในไฮโปธาลามัส มีฤทธิ์กระตุ้นการหลั่งของฮอร์โมนชนิดอื่น คือ thyrotropin ที่หลั่งออกมาจากต่อมใต้สมองส่วนหน้า และพิษของเห็ดพิษบางชนิดที่เป็นพิษอย่างมาก เช่น amanitin ก็เป็นเปปไทด์ขนาดเล็ก เช่นเดียวกับสารปฏิชีวนะหลายๆตัว

เปปไทด์ขนาดเล็กที่มีขนาดใหญ่ขึ้นมาอีกเล็กน้อยและโอลิโกเปปไทด์ เช่น

-insulin (ฮอร์โมนจากตับอ่อน) มี 2 สายโพลีเปปไทด์ สายหนึ่งมีขนาด 30 หน่วยกรดอะมิโน และอีกสายหนึ่งมีขนาด 21 หน่วยกรดอะมิโน

- glucagon (ฮอร์โมนจากตับอ่อนอีกชนิดหนึ่ง) มีกรดอะมิโน 29 หน่วย ออกฤทธิ์ตรงกันข้ามกับ insulin

- corticotrophin เป็นฮอร์โมนมีขนาด 39 หน่วยกรดอะมิโน หลั่งออกมาจากต่อมใต้สมองส่วนหน้า มีหน้าที่กระตุ้น adrenal cortex

แล้วสายโพลีเปปไทด์ในโปรตีนมีความยาวแค่ไหนกัน? ความยาวของสายโพลีเปปไทด์ในโปรตีนมีความแปรผันอย่างมาก cytochrome C ของ มนุษย์ มีกรดอะมิโน 104 หน่วย เชื่อมต่อกันเป็นสายเดียว, chymotrypsinogen ของวัว มีกรดอะมิโน 245 หน่วย, ที่มีขนาดสุดโต่ง ได้แก่ titin ซึ่งเป็นส่วนประกอบของกล้ามเนื้อของสัตว์มีกระดูกสันหลังที่มีกรดอะมิโนเกือบ 27,000 หน่วย และมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 3,000,000 ทีเดียว โพลีเปปไทด์ส่วนใหญ่ในธรรมชาติจะเล็กกว่านี้มาก โดยทั่วไปจะมีขนาดน้อยกว่า 2,000 หน่วยกรดอะมิโน

โปรตีนบางตัวประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์สายเดียว แต่ว่าถ้าเป็นโปรตีนที่ไม่ได้ประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์สายเดียวจะเรียกว่าเป็นโปรตีนที่มี multisubunit โดยจะมีเปปไทด์ 2 เส้น หรือมากกว่านั้น รวมตัวประกอบกันเข้าโดยไม่ใช้พันธะโควาเลนต์ แต่ละสายโพลีเปปไทด์ในโปรตีนที่มีหลาย subunit อาจจะเหมือนกัน (เป็นชนิดเดียวกัน) หรือต่างกันก็ได้ ถ้ามีอย่างน้อย 2 subunit ที่เหมือนกัน โปรตีนนั้นจะถูกเรียกว่า oligomeric และ subunit ที่เหมือนกันนั้น (อาจจะประกอบไปด้วย 1 สายโพลีเปปไทด์หรือมากกว่าก็ได้) จะถูกเรียกว่า protomer

ตัวอย่างเช่น ฮีโมโกลบิน มี 4 subunit คือ มี achain 2 สายที่เหมือนกัน และ bchain ที่เหมือนกันอีก 2 สาย ทั้ง 4 subunit จับเข้าด้วยกันโดยไม่ใช้พันธะโควาเลนต์ แต่ละ asubunit เข้าคู่กันในลักษณะเหมือนกันกับ bsubunit ดังนั้น ฮีโมโกลบินจึงถูกจัดให้เป็น tetramer ของ 4 สายโพลีเปปไทด์ หรือเป็น dimer ของ abprotomers

โปรตีนบางชนิดมีโพลีเปปไทด์ 2 หรือมากกว่านั้นเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ตัวอย่าเช่น โพลีเปปไทด์ 2 สายของ insulin ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันด้วย disulfide bond ในกรณีดังกล่าว แต่ละสายโพลีเปปไทด์ไม่ใช่ subunit (หน่วยย่อย) แต่จะถูกเรียกธรรมดาๆ ว่า chain (หรือก็คือโพลีเปปไทด์สายหนึ่งนั่นเอง)

เราสามารถคำนวณจำนวนหน่วยโดยประมาณของกรดอะมิโนในโปรตีนอย่างง่ายตัวหนึ่งที่ไม่มีหมู่เคมีอย่างอื่นได้โดยหารน้ำหนักโมเลกุลด้วย 110 (แม้ว่าน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของ 20 กรดอะมิโนมาตรฐานจะเป็น 138 ก็ตาม) โปรตีนส่วนใหญ่มักจะมีกรดอะมิโนขนาดเล็กอยู่มาก ถ้าเราพิจารณาสัดส่วนของกรดอะมิโนหลายๆชนิดที่ปรากฏในโปรตีน น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยจะใกล้เคียงกับ 128 และเพราะว่าโมเลกุลของน้ำ (MW = 18) จะถูกเอาออกในระหว่างการสร้างพันธะเปปไทด์ น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของหน่วยกรดอะมิโนในโปรตีนจะมีค่าประมาณ 128-18 = 110

Table 1: Molecular Data on Some Proteins

Molecular weight

Number of residues

Number of polypeptide chains

Cytochrome c (human)

13,000

104

1

Ribonuclease A (bovine pancreas)

13,700

124

1

Lysozyme (egg white)

13,390

129

1

Myoglobin (equine heart)

16,890

153

1

Chymotrypsin (bovine pancreas)

21,600

241

3

Chymotrypsinogen (bovine)

22,000

245

1

Hemoglobin (human)

64,500

574

4

Serum albumin (human)

68,500

609