2007/Sep/10

ถ้าเอาเปปไทด์หรือโปรตีนมาทำปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสโดยสมบูรณ์ จะได้ส่วนผสมของกรดอะมิโนอิสระ โดยที่การย่อยโปรตีนแต่ละชนิดจะได้ของผสมที่มีสัดส่วนของกรดอะมิโนมีลักษณะเฉพาะตัว โปรตีนต่างชนิดกันก็ให้สัดส่วนไม่เหมือนกัน ในโปรตีนนั้นแทบจะไม่พบกรดอะมิโนมาตรฐาน 20 ชนิดในสัดส่วนที่เท่ากันเลย กรดอะมิโนบางชนิดปรากฏเพียงครั้งเดียวในโปรตีน 1 โมเลกุล หรือไม่ปรากฏเลยในโปรตีนชนิดหนึ่งๆ ในขณะที่กรดอะมิโนชนิดอื่นอาจจะปรากฏในโปรตีนในปริมาณมาก

ตารางที่ 2 แสดงส่วนประกอบของกรดอะมิโนที่ได้จากการทำปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสโดยสมบูรณ์ของ cytochrome c และ chymotrypsinogen ของวัว โปรตีน 2 ชนิดนี้ซึ่งมีหน้าที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง ต่างก็ต่างกันมากในแง่จำนวนของกรดอะมิโนแต่ละชนิดที่ปรากฏในโปรตีนทั้ง 2

Table 2: Amino Acid Composition of Two Proteins*

Amino acid

Number of residues per molecule of protein

Bovine cytochrome c

Bovine chymotrypsinogen

Ala

6

22

Arg

2

4

Asn

5

15

Asp

3

8

Cys

2

10

Gln

3

10

Glu

9

5

Gly

14

23

His

3

2

Ile

6

10

Leu

6

19

Lys

18

14

Met

2

2

Phe

4

6

Pro

4

9

Ser

1

28

Thr

8

23

Trp

1

8

Tyr

4

4

Val

3

23

Total

104

245

*Note that standard procedures for the acid hydrolysis of proteins convert Asn and Gln to Asp and Glu, respectively. In addition, Trp is destroyed. Special procedures must be employed to determine the amounts of these amino acids.

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

1

Hexokinase (yeast)

102,000

972

2

RNA polymerase (E. coli)

450,000

4,158

5

Apolipoprotein B (human)

513,000

4,536

1

Glutamine synthetase (E. coli)

619,000

5,628

12

Titin (human)

2,993,000

26,926

1

2007/Sep/10

เปปไทด์มี a-amino group ที่เป็นอิสระเพียง 1 ตัว และก็มี a-carboxyl group ที่เป็นอิสระเพียง 1 ตัวเช่นเดียวกัน โดยทั้งสองหมู่ที่เป็นอิสระดังกล่าวอยู่ที่ปลายแต่ละด้านของเปปไทด์ หมู่เคมีที่ปลายทั้งสองนี้สามารถแตกตัวได้เช่นเดียวกับที่แตกตัวในกรดอะมิโนอิสระ แม้ว่า ionization constant จะต่างกันก็ตาม นั่นเป็นเพราะในเปปไทด์ ที่ a-carbon ไม่มีหมู่ที่มีประจุตรงข้ามกัน a-amino group และ a-carboxyl group ของกรดอะมิโนหน่วยอื่นๆ ที่ไม่ได้อยู่ตรงปลาย ถูกเชื่อมต่อกันอยู่ด้วยพันธะเปปไทด์และไม่สามารถแตกตัวได้ และนั่นทำให้ a-amino และ a-carboxyl group เหล่านั้นไม่ส่งผลใดๆเลยต่อความเป็นกรด-เบสของเปปไทด์

อย่างไรก็ตาม หมู่ R ของกรดอะมิโนบางตัวสามารถแตกตัวได้เช่นกัน และหมู่ R ที่แตกตัวได้เหล่านี้จะทำให้เกิดความเป็นกรด-เบสของโมเลกุล ดังนั้น เราสามารถทำนายพฤติกรรมการเป็นกรด-เบสของเปปไทด์ จาก a-amino group และ a-carboxylgroup ที่เป็นอิสระ และจากธรรมชาติและจำนวนของหมู่ R ที่สามารถแตกตัวได้ เช่นเดียวกับในกรณีของกรดอะมิโนอิสระ เปปไทด์มี titration curve ที่มีลักษณะเฉพาะตัว และมี isoelectric pH (pI) ซึ่งเป็น pH ที่เปปไทด์นั้นๆ จะมี่เคลื่อนที่ไปไหนในสนามไฟฟ้า คุณสมบัติดังกล่าวนี้ถูกนำไปใช้ในเทคนิคการแยกเปปไทด์หรือโปรตีนออกจากกันได้อย่างเป็นประโยชน์มากทีเดียว

Alanylglutamylglycyllysine tetrapeptide ชนิดนี้ มี a-amino group อิสระ 1 หมู่ มี a-carboxyl group อิสระ 1 หมู่เช่นเดียวกัน และมีหมู่ R ที่แตกตัวได้ที่ pH 7.0 อยู่ 2 หมู่ (หมู่เคมีที่แตกตัวได้ในรูปนี้ใช้ตัวอักษรสีแดง)