biochemistry

A protein’s function depends on its specific conformation Ribbon model Space filling model 51

โครงสร้างของโปรตนี ถกู แบ่งออกเป็ น Primary structure Secondary structure Tertiary structure Quaternary structure สาหรับโปรตีนท่ี ประกอบด้วย polypeptide มากกว่า 1 สาย 52

โครงสร้างของโปรตนี โครงสร้ำงปฐมภมู ิ โครงสร้ำงทตุ ิยภมู ิ (primary structure) (secondary structure) โครงสร้ำงจตรุ ภมู ิ โครงสร้ำงตตยิ ภมู ิ (quarternary structure) (tertiary structure) 53

โครงสร้างของโปรตนี http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads-1/ch5-16.JPG 54

The four levels of protein structure 55

The primary structure of a protein Primary structure คือ ลาดบั ของ amino acid ท่ี ประกอบขนึ้ เป็ นโปรตนี Primary structure ถูก กาหนดโดยข้อมูลทางพันธุกรรม (DNA) 56

การเปล่ียนแปลงลาดบั amino acid ในโปรตนี อาจมีผลให้รูปร่างของโปรตนี เปล่ียนไป และอาจมีผลต่อ การทางานของโปรตีนชนิดนัน้ ๆ ตวั อย่างเช่น โรค sickle-cell anemia 57

A single amino acid substitution in a protein causes sickle-cell disease 58

The secondary structure of a protein Secondary structure เป็ น โครงสร้างท่เี กดิ ขนึ้ จาก H-bond ระหว่างหมู่ carboxylและหมู่ amino Secondary structure ท่ีพบบ่อยใน ธรรมชาตไิ ด้แก่ Helix และ  Pleated sheet 59

ตวั อย่างเช่น เส้นใยแมงมุม มโี ครงสร้างแบบ  Pleated sheet ทาให้เส้นใยแมงมุมมคี วามแข็งแรงมาก Spider silk: a structural protein 60

Tertiary structure of a protein 61

Tertiary structure เป็ นรูปร่างของ polypeptide สาย หน่ึงตลอดสาย ซ่งึ การม้วนพบไปมาขึน้ อยู่กับแรงยดึ เหน่ียวระหว่าง R group ด้วยกันเอง หรือ R group กบั โครงสร้างหลัก แรงยึดเหน่ียวหมายถงึ H-bond ionic bond Hydrophobic interaction Van der Waals interaction นอกจากนีบ้ างตอนยดึ ตดิ กันด้วย covalent bond ท่ี แข็งแรง เรียกว่า disulfide bridges ระหว่างหมู่ sulhydryl (-SH) ของกรดอะมิโน cysteine ท่อี ยู่ใกล้กัน 62

The Quaternary structure of proteins เป็ นโครงสร้างของโปรตนี ท่ปี ระกอบด้วย polypeptide มากกว่า 1 สายเท่านัน้ เกิดจาก tertiary structure ของ polypeptide แต่ละสายมารวมกนั ตัวอย่างเช่น : Polypeptide Collagen เป็ น fibrous chain protein ประกอบด้วย polypeptide 3 สายพนั กันอยู่ ซ่งึ ทาให้โปรตนี ชนิดนีม้ ีความ แข็งแรงและพบใน connective tissue 63

Hemoglobin ประกอบด้วย polypeptide 4 สายรวมกนั กลายเป็ นโปรตนี ท่มี ีรูปร่างเป็ นก้อน 64

รูปร่างของโปรตนี บางชนิดสามารถเปล่ียนแปลงได้ ถ้า สภาพแวดล้อมของโปรตีนเปล่ียนไป เช่น pH อุณหภมู ิ ตวั ทาลาย เป็ นต้น เน่ืองจากแรงยดึ เหน่ียวต่างๆระหว่าง amino acid ใน สาย polypeptide ถกู ทาลาย การเปล่ียนแปลงนีเ้ รียกว่า Denaturation โปรตนี บางชนิดเม่ือเกิด denaturation แล้ว ยังสามารถ กลับคนื สู่สภาพเดมิ ได้ เรียกว่า Renaturation 65

หน้าท่ขี องโปรตีน เป็ นโครงสร้างเย่อื ห้มุ เซลล์และเย่อื ห้มุ oganelles เป็ นโครงสร้างสาคญั ของส่ิงมีชวี ติ เช่น keratin เป็ น องค์ประกอบของ เล็บ ผม เป็ นต้น Haemoglobin ทาหน้าท่ขี นส่งออกซเิ จน Hormones ต่างๆ ทาหน้าท่คี วบคุมการทางานของร่างกาย Acin และ myosin ในกล้ามเนือ้ ทาหน้าท่เี ก่ียวกับการ เคล่ือนไหว Enzymes ทาหน้าท่เี ป็ นตัวเร่งปฏกิ ิริยาเคมีต่างๆ ฯลฯ 66

ประเภทของโปรตีน โปรตีนเส้นใย(fibrous protein) โปรตีนก้อนกลม(globular protein) (การจัดตัวในโครงสร้าง 3 มิต)ิ http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads-1/ch6_collagen.jpg 67

ประเภทของโปรตีน โปรตีนก้อนกลม โปรตนี เส้นใย เกดิ จากสายพอลเิ พปไทด์รวมตวั ม้วน เกดิ จากสายพอลเิ พปไทด์พนั กนั ใน พบั พนั กนั และอดั แน่นเป็ นก้อนกลม ลกั ษณะเหมือนเส้นใยยาวๆ ละลายนา้ ได้ดี ละลายนา้ ได้น้อย ทาหน้าทเ่ี กยี่ วกบั กระบวนการเมทาบอลิ ทาหน้าที่เป็ นโปรตนี โครงสร้าง มีความ ซึมต่างๆ ทเี่ กดิ ขึน้ ภายในเซลล์ แขง็ แรงและยืดหย่นุ สูง 68

ตัวอย่างโปรตีนเส้ นใย Keratin Silk 69

ตวั อย่างโปรตนี ก้อนกลม Casein Albumin Enzyme 70

ประเภทของโปรตนี ประเภทของโปรตนี หน้าท่ี ตวั อย่าง โปรตีนเร่งปฏิกิริยำ เร่งปฏกิ ิริยำในเซลล์สิ่งมีชีวติ เอน็ ไซม์ โปรตนี ขนสง่ ขนสง่ สำรไปสสู่ ว่ นตำ่ งๆ ของ ฮีโมโกลบนิ ร่ำงกำย โปรตนี โครงสร้ำง ให้ควำมแข็งแรงและช่วยคง คอลลำเจน รูปร่ำงโครงสร้ำงตำ่ ง ๆของ เครำตนิ ร่ำงกำร โปรตีนสะสม สะสมธำตตุ ำ่ ง ๆ เฟอริทิน 71

ประเภทของโปรตีน ประเภทของโปรตนี หน้าท่ี ตัวอย่าง โปรตนี ปอ้ งกนั ปอ้ งกนั และกำจดั ส่งิ แอนตบิ อดี แปลกปลอมที่เข้ำมำในเซลล์ โปรตีนฮอร์โมน แตกตำ่ งกนั ตำมชนิดของ ฮอร์โมนนนั้ ๆ ควบคมุ กำรเจริญเติบโต Growth hormone ควบคมุ กำรเผำผลำญ Insulin คำร์โบไฮเดรต 72

ปัจจัยที่มผี ลต่อการแปรสภาพของโปรตนี ความร้อนและรังสีอลั ตราไวโอเลต ตัวทาละลายอนิ ทรีย์ เช่น เอทานอล แอซิโตน ความเป็ นกรด หรือเป็ นเบส การฉายรังสีเอกซ์(X – ray) การเขย่าหรือเหวยี่ งแรงๆ ทาให้ตกตะกอน 73

เอน็ ไซม์(Enzyme) เอน็ ไซม์ เป็ นโปรตนี ทีท่ าหน้าท่เี ป็ นตัวเร่งปฏกิ ริ ิยาในเซลล์สิ่งมีชีวติ 74

ปัจจยั ท่มี ีผลต่อการทางานของเอนไซม์ ชนิดของสารต้งั ต้น ความเข้มข้นของสารต้งั ต้น ความเข้มข้นของเอนไซม์ ความเป็ นกรด-เบสของสารละลาย อุณหภูมิ สารยบั ย้งั สารกระตุ้น 75

Nucleic acid (Informational polymer) 76

1. Nucleic acid เป็ นแหล่งเกบ็ ข้อมูลทาง พันธุกรรมและถ่ายทอดลักษณะของส่ิงมีชีวติ Nucleic acid มี 2 ชนิด ได้แก่ Ribonucleic acid (RNA) Deoxyribonucleic acid (DNA) 77

DNA ถูกใช้เป็ นแม่แบบในการสังเคราะห์ mRNA ซ่งึ ถูกใช้ เป็ นตวั กาหนดในการสังเคราะห์โปรตนี อกี ทอดหน่ึง DNA RNA protein 78

ส่งิ มีชวี ติ ได้รับการถ่ายทอด DNA จากรุ่นพ่อแม่ โมเลกุลของ DNA เป็ นสายยาวมียนี เป็ นจานวนมากเป็ น องค์ประกอบ DNA อาจเกดิ การเปล่ียนแปลงได้ เน่ืองจากสาเหตุต่างๆ เช่น ฤทธ์ิของสารเคมี หรือ รังสีจากสารกัมมันตรังสี การเปล่ียนลาดบั nucleotide ใน DNA อาจมีผลให้ ส่งิ มีชีวติ มีลักษณะเปล่ียนแปลงไปจากเดมิ ได้ การเปล่ียนแลงลักษณะของส่ิงมีชีวติ ท่มี ีผลมาจากการ เปล่ียนแปลงลาดบั nucleotide สามารถถ่ายทอดต่อไปยัง รุ่นลูกได้ 79

2. สายของ nucleic acid ประกอบด้วย polymer ของ nucleotides แต่ละ nucleotide ประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่ Nitrogen base Pentose sugar Phosphate group 80

Nitrogen base แบ่งออกเป็ น 2 กลุ่ม ตามโครงสร้างทางเคมี ได้แก่ Pyrimidines Purines 81

ใน DNA และ RNA มีเบสอยู่ 4 ชนิดเท่านัน้ DNA มเี บส A, G, C, T RNA มีเบส A, G, C, U 82

นา้ ตาล pentose ใน RNA คือ ribose ใน DNA คือ deoxyribose 83

ตรงตาแหน่งอะตอมคาร์บอนท่ี 5 (5’) ของนา้ ตาล pentose มี หมู่ phosphate group มาต่อ รวมเรียก pentose + nitrogen base + phosphate group ว่า nucleotide 84

The components of nucleic acids 85

Nucleotide หลายโมเลกุลมา เช่ือมต่อกนั ได้สายยาวของ polynucleotide ท่มี ีหมู่ phosphate และ pentose เรียงต่อกัน เป็ นสาย โดย nitrogen base ย่นื ออกมาจากส่วนยาวของ nucleic acid Bond ท่มี าเช่อื มต่อระหว่าง nucleotide 2 โมเลกุล เรียกว่า Phosphodiester linkage 86

ลาดบั ของ nitrogen base บนสาย DNA หรือ mRNA มีลักษณะเฉพาะตวั ลาดบั ของ base ในยนี จะเป็ นตัวกาหนดลาดบั ของ amino acid ของ polypeptide ของโปรตนี 87

3. การถ่ายทอดลักษณะทางกรรมพนั ธ์ุเกิดขนึ้ เน่ืองจาก DNA มกี ารจาลองตวั เอง RNA ประกอบด้วยสาย polynucleotide เพยี งสาย เดยี ว DNA ประกอบด้วยสาย polynucleotide 2 สายเรียง ต่อขนานกัน และมีโครงสร้างเป็ นเกลียว เรียกว่า double helix 88

สายทงั้ สองของ DNA มีการเรียง ตวั สลับปลายกัน คอื ปลายด้าน 5’ ของ DNA สายหน่ึงจะเข้าค่กู ับปลาย ด้าน 3’ ของอีกสายหน่ึง โดยยดึ ตดิ กัน ด้วย H-bond ระหว่าง A กับ T และ G กับ C (ดงั รูป) ลักษณะการเข้าค่กู ันของ base เรียกว่า complementary 89

The DNA double helix and its replication เม่ือเซลล์จะมีการแบ่งตัว DNA จะจาลองตวั เอง และถ่ายทอดต่อไปให้เซลล์ ใหม่ การสร้าง DNA โมเลกุลใหม่ เรียกว่า DNA replication 90

ปัจจุบนั นักวิทยาศาสตร์พยายามเปรียบเทยี บลาดับ nucleotide ของยีนชนิดเดยี วกนั จากส่ิงมีชีวติ ต่างๆ เพ่อื ใช้ในการจาแนกกลุ่มของส่ิงมีชีวติ และศึกษาเร่ือง ววิ ัฒนาการของส่ิงมีชีวติ ชนิดต่างๆ 91