فصل 2 بخش G ( پروتئین های متفرقه ) - پایان فصل دوم

پروتئین های متفرقه

علاوه بر آنزیم ها و پروتئین های غشایی ، تعداد بسیاری از سایر پروتئین ها با وظایف سلولی گوناگون وجود دارند. این صفحه قصد ندارد که به صورت کامل به شرح آن ها بپردازد اما سعی می کند که تعداد کمی از انواع مهم آن ها را نشان دهد.

چاپرون ها :

-- در folding ( پیچش یافتن ) درست پروتئین ها نقش دارند

• The role of structural disorder in the function of RNA and protein chaperones - FASEB J., 2004.
• Chaperone-Mediated Protein Folding - Physiological Reviews, 1999.
• Hsp90 : a specialized but essential protein-folding tool - J. Cell Biology, 2001.
• Molecular Chaperones: Biology and Prospects for Pharmacological Intervention - Physiological Reviews, 1998.
• Heat Shock Proteins and Cardiovascular Pathophysiology - Physiological Reviews, 2001.
• Metallochaperones, an Intracellular Shuttle Service for Metal Ions - J. Biol. Chem., 2000.

پروتئین های کانژوکه (Conjugated proteins ):

-- به صورت کووالان ( اتصال محکم ) به گروه های پروستتیک مانند گلیکوپروتئین و پروتئین های حاوی فلز اتصال می یابند. 

 

سیتوکینین ها :

-- تنظیم ایمنی ، التهاب ، آپوپتوزیس و خون سازی را بر عهده دارند.

هورمون ها :

Examples: insulin, growth hormone, and prolactin.
Web Link: Discovery of Insulin.

پورین ها:

 

Web Links:
Illustration of Prion Replication and Spread.

Review Article:
Prions: proteins as genes and infectious entities - Genes and Development, 2004

 

پروتئین های ساختاری:

Web Links: collagen, myosin

فاکتور های رونویسی :

فصل 4 را ببینید.

یوبی کیوتین :

-- نشانه ای برای تجزیه پروتئین . اگر پروتئینی به یوبی کیوتین (ubiquitin ) متصل شود توسط پروتئازوم تجزیه خواهد شد. 

The Ubiquitin-Proteasome Proteolytic Pathway: Destruction for the Sake of Construction - Physiol. Rev., 2002.

Non-traditional Functions of Ubiquitin and Ubiquitin-binding Proteins - J. Biol. Chem., 2003.

SUMO and ubiquitin in the nucleus: different functions, similar mechanisms? - Genes and Development, 2004

فصل 2 بخش F5 ( پروتئین های متصل شده به غشا )

پروتئین های اتصال یافته به غشاء

پروتئین های متصل به غشاء به سه گروه تقسیم می شوند :

 

• اتصال یافته به سطح سیتوزولی غشای پلاسما توسط میریستات (myristate )
•  اتصال یافته به سطح سیتوزولی غشای پلاسما توسط فارنیسیل (farnesyl )
• اتصال یافته به سطح خارج سلولی غشای پلاسما توسط گلیکوزیل فسفاتیدیل اینوزیتول

شکل 2-F-6 . نمایشی از anchor ها که توسط برخی پروتئین ها به غشای پلاسمایی متصل شده اند. v-Src نوعی از پروتئین تیروزین کیناز غیر وابسته به رسپتور می باشد که شامل سیگنال دهی سلول  می شود. پروتئین Ras نقش مهمی را در سیگنال دهی سلولی ایفا می کند. ( فصل 6 بخش E را ببینید )

Review Article:

The Biology and Enzymology of Protein N-Myristoylation - J. Biol. Chem., 2001

فصل 2- بخش F4 ( پروتئین های ناقل )

پروتئین های ناقل

بر اساس سیستم کمیسیون انتقال ( TC ) ، تمام پروتئین های ناقل به کلاس های زیر تقسیم بندی می شوند :

* کانال / منافذ

مثال  کانال های یونی ، پورین ها

* انتقال دهنده های پتانسیل الکتروشیمیایی

 مثال : uniporters, symporters and antiporters

* انتقال دهنده های گروهی

 

* ناقل های انتقال الکترونی

 

* پروتئین های ناقل کمکی

 

* پروتئین هایی که به درستی شناخته نشده اند.

 

Review Articles:

Adenylate Kinase Activity in ABC Transporters - J. Biol. Chem., 2005.

Structures and Models of Transporter Proteins - Pharm. Experi. Thera., 2004.

The Molecular Pharmacology of Organic Anion Transporters: from DNA to FDA? - Mol. Pharm., 2004.

Amino acid transporters: roles in amino acid sensing and signalling in animal cells - Biochem. J., 2003.

From European J. Biochem., 2002

• Sodium pump and steroid hormone receptor: Na⁺/K⁺-ATPase
• The sodium pump: Its molecular properties and mechanics of ion transport
• Na⁺/K⁺-ATPase as a signal transducer
• Endogenous cardiac glycosides, a new class of steroid hormones

Role of Alternative Splicing in Generating Isoform Diversity Among Plasma Membrane Calcium Pumps - Physiological Reviews, 2001.

Transport ATPase Trafficking - J. Biol. Chem., 2001.

• Introduction
• The Yeast Pma1 Proton Pump: a Model for Understanding the Biogenesis of Plasma Membrane Proteins -
• Ion Pumps in Polarized Cells: Sorting and Regulation of the Na⁺,K⁺- and H⁺,K⁺-ATPases - J. Biol. Chem., 2001.

The vesicular neurotransmitter transporters: current perspectives and future prospects - FASEB J., 2000.

The role of the TolC family in protein transport and multidrug efflux - Eur. J. Biochem., 2001.

The drug/metabolite transporter superfamily - Eur. J. Biochem., 2001.

The Human ATP-Binding Cassette (ABC) Transporter Superfamily - Genome Research, 2001.

 

فصل 2 بخش F3-2 ( انتقال سیناپسی )

برای بهتر دیدن عکس ابتدا آن را ذخیره کنید.

انتقال سیناپسی

 

نورون ها از سه قسمت تشکیل یافته اند : دندریت ها ، آکسون و پایانه عصبی. دندریت ها سیگنال هایی را که از سایر نورون ها می رسد را دریافت می کنند و آکسون فعالیت پتانسیلی را هدایت می کند و پایانه های عصبی سیگنال را به سایر نورون ها انتقال می دهند. در دندریت ها اگر پتانسیل غشائی تا حد آستانه دپلاریزه شود ، پتانسیل فعال خارج می شود. سپس پتانسیل فعال شده در طول آکسون ها به سمت پایانه عصبی انتقال می یابد ؛ این عمل زمانی صورت می گیرد که فرآیند دپلاریزاسیون کانال های کلسیم را برای ورود یون های Ca2+ باز کرده است و سپس سبب القا آزاد سازی نوروترانسمیتر های ذخیره شده در وزیکول ها شود. در سیستم عصبی ، پایانه عصبی نورون ها ، ممکن است با دندریت دیگر یا پایانه عصبی نورون دیگر سیناپس تشکیل دهند. شکاف سیناپسی میان دو نورون در حدود 200 تا 500 نانومتر عرض دارد. نوروترانسمیتر های آزاد شده از وزیکول ها در میان شکاف سیناپسی پخش می شوند و بر روی گیرنده خود بر روی رسپتور نورون پس سیناپسی  اثر می گذارند.( شکل 11 )

 

شکل 11 :مکانیسم انتقال سیناپسی. نوروترانسمیتر هایی را نشان می دهد که در وزیکول های با حرف T( توسط دایره نشان داده شده اند ) واقع شده در پایانه عصبی پیش سیناپسی ذخیره شده اند. پتانسیل فعال در پایانه پیش سیناپسی سبب ورود یون های ⁺Ca ² از میان کانال های کلسیم وابسته به ولتاژ می شود و در نهایت سبب آزاد سازی نوروترانسمیتر ها می شود.

شکل 12 . ساختار اصلی اغلب نوروترانسمیتر ها

رسپتور های نوروترانسمیتر ها در دو گروه تقسیم شوند : پروتئین G به همراه رسپتور و رسپتور های یونوتروپیک . G پروتئین به همراه رسپتور شامل انتقال سیگنالی می شوند. مانند سایر آگونیست ها ، اتصال نوروترانسمیتر ها بر روی G پروتئین همراه رسپتور ممکن است سبب راه اندازی سری هایی از فرآیند های سیگنالینگ شود.( اطلاعات بیشتر ) .

رسپتور یونوتروپیک ، کانال یونی را تشکیل می دهد که ممکن است با اتصال نوروترانسمیتر های خاص فعال شود. زمانی که فعال شد ، نفوذ کاتیون ها ( مثل Na⁺ ) ممکن است سبب دپلاریزه شدن غشای پس سیناپسی شود.  اگر دپلاریزاسیون به حد آستانه برسد ، پتانسیل فعال می تواند در نورون پس سیناپسی تشکیل شود.

کانال یونی که توسط رسپتور نوروترانسمیتر تشکیل شود را کانال سیناپسی می خوانند. هر کانال سیناپسی از چهار رسپتور ( زیر واحد ) تشکیل شده است. شکل 13 ساختار عمومی کانال نیکوتینیک استیل کولین رسپتور nAChR ( ) را نشان می دهد

 

شکل 13. رسم شماتیک کانال nAChR که از 5 زیر واحد a, a, b, g, d تشکیل شده است را نشان می دهد. ( a ) نمایش اسلایدی ( b ) نمایش از سمت بالا ( c )  ساختار دومین هر زیر واحد. پنج قطعه M2 ( یکی از هر زیر واحد ) منفذ کانال را تشکیل می دهند همان طور که در شکل ( b ) نشان داده شده است. فعال سازی ( باز شدن ) کانال nAChR نیازمند اتصال دو مولکول استیل کولین به یکی از زیر واحد a می باشد.

 

کانال رسپتور گلوتامات ( GluR ) به سه زیر شاخه تقسیم می شود : NMDA ، Kainate و AMPA . تمام رسپتورهای گلوتامات با بهترین نحو به مولکول های گلوتامات متصل می شوند اما گرایش آن ها به اتصال با سایر آگونیست ها متغیر می باشد. زیر شاخه NMDA گرایش زیادی به اتصال با مولکول های NMDA دارد اما گرایش آن برای اتصال با مولکول های kainite یا AMPA پایین است. بنابراین کانال هایی که توسط رسپتور NMDA تشکیل شده اند می توانند توسط گلوتامات یا NMDA فعال شوند اما توسط AMPA یا kainite فعال نمی شوند. به طور مشابه کانالی که توسط رسپتور های AMPA تشکیل شده است می تواند توسط AMPA یا گلوتامات فعال شود اما توسط NMDA یا  kainite فعال نمی شود.

  

 

فصل 2 - بخش F3-1 ( کانال های یونی )

کانال های یونی :

کانال های یونی گروه خاصی از پروتئین ها هستند که یون های کوچک را مانند Na + , K+ , Ca2+ یا Cl- را هدایت می کنند. باز و بسته شدن کانال های یونی بستگی به ولتاژ غشاء یا اتصال مولکول های ( لیگاند ها ) به آن ها دارد. مکانیسم دقیق عمل آن ها هنوز به خوبی مشخص نشده است. با این وجود رمز و راز خاصیت انتخابی ان ها حل شده است.

 

کانال های پتاسیم :

بر طبق تعریف ، کانال پتاسیم به طور عمده یون های K⁺ را بدون انتقال Na⁺  یا Ca ²⁺ ، هدایت می کند. به یاد داشته باشید که یون های Na⁺ کوچک تر از یون های K⁺ هستند. به نظر شما چگونه کانال ها یون K⁺ را درست زمانی که از انتقال یون های کوچک تر ممانعت می کنند ، آن انتقال می دهند؟ جواب در انرژی هیدراسیون یون ها نهفته است.

قطر فیلتر های انتخاب گر کانال های پتاسیم( ناحیه ریز و باریک در شکاف کانال ) ، اندازه آن تقریبا با یون های Cs⁺ ( با قطر 3.3 ) هم اندازه است ؛ بنابراین یون های Cs⁺ بدون اتصال به مولکول دیگری می توانند از این کانال ها عبور کنند. اما برای حل این مشکل برای یون های کوچک ، آن ها توسط مولکول های آب احاطه می شوند. اولین پوسته هیدروژنی مولکول های K+ یا Na+ شامل شش مولکول آب می باشد. قطر مولکول بدون هیدروژن Na⁺ و K⁺ به ترتیب 1.96 و 2.66 می باشد. قطر موثر مولکول های آب در یون های هیدراته بزرگ تر از 2 می باشد. بنابراین ، برای عبور از فیلتر انتخابی ، یون های Na⁺ یا K⁺ باید چهار مولکول آب را از فرم اولیه هیدراته خود ، رها سازند و تنها دو مولکول ( یکی در جلو و یکی در عقب ) باقی می ماند. یون کوچک تر Na⁺ نیاز به انرژی دهیدراسیون بیشتری نسبت به K⁺ دارد ، زیرا قطر هسته آن با مولکول هایی که آن را پوشانده اند کمتر است و در نتیجه برهمکنش بیشتری با هم دارند. در نهایت ، عبور یون Na⁺ از میان کانال پتاسیم سخت تر از عبور یون های K⁺ می باشد. مشاهده شده است که یون لیتیم ( Li⁺ ) که قادر به عبور از کانال پتاسیم نمی باشد ، توسط فرآیندی که شرح داده شد نیز می تواند از آن عبور کند. کاتیون های دی والانت مانند Cs2⁺ نیز نمی توانند از میان این کانال عبور کنند زیرا انرژی هیدراسیون آن ها بسیار بیشتر از کاتیون های یک بار مثبت می باشد.

 

شکل 6 . عبور یون از کانال سدیم و پتاسیم. ( A ) : برای عبور از کانال پتاسیم ، یون مجبور است تعداد زیادی از مولکول های آبی که آن را احاطه کرده اند را رها سازد ، و تنها یک یا دو مولکول را یکی در جلو و دیگری را در عقب باقی بگذارد. ( B ) فیلتر انتخاب گر کانال سدیم ، بسیار باریک تر از کانال پتاسیم می باشد. این سبب می شود که یون های Na⁺ با سه مولکول آب از آن عبور کنند اما اندازه آن برای یون های K⁺ با سه مولکول آب کوچک است.

 

کانال سدیم :

در کانال سدیم ، یون های Na⁺ نفوذ پذیری بیشتری نسبت به K⁺ دارند. و این امر به دلیل وجود فیلتر انتخابی کانال های سدیم است که کمی بزرگ تر از کانال پتاسیم می باشند. اندازه ان برای عبور دادن یون Na⁺ با سه مولکول آب متصل شده به آن مناسب است ، اما برای یون K⁺ متصل به سه مولکول آب کافی نیست. بنابراین ، برای عبور از میان کانال سدیم ، یون Na⁺ لازم است که تنها سه مولکول ولی یون K⁺ لازم است چهار مولکول آب از صفحه هیدراسیون اولیه حذف کند. بنابراین انرژی لازم برای دهیدراسیون یون K⁺ بیشتر است از یون Na⁺ .

 

کانال کلسیم :

در کانال کلسیم ، نفوذ کاتیون های یک بار مثبت ( Na ⁺ و K⁺ ) سه برابر کمتر از نفوذ یون Ca ²⁺ می باشد. به نظر نمی رسد که این انتخاب یونی شامل هیدراسیون شود ، زیرا Ca ²⁺ هیدراته بسیار سنگین تر از Na+ است ، در صورتی که دایمر های غیر هیدراته Ca ²⁺ و Na⁺ تقریبا با هم برابرند. بنابراین چگونه کانال های کلسیم Ca ²⁺ را از Na⁺ انتخاب می کنند ؟

اگر چه نفوذ کاتیون های یک بار مثبت در کانال های کلسیم بسیار کمتر از غلظت یونی نرمال است ، بیشتر جریان کاتیون های یک بار مثبت در غیاب Ca ²⁺ و سایر دو بار مثبت ها دیده می شود. این فرآیند نشان می دهد که کانال کلسیم برای یون های یک بار مثبت و دو بار مثبت قابل نفوذ است ، اما قابلیت انتخابی از رقابت میان یون ها ناشی می شود. کانال های کلسیم دارای بار منفی در سایت های اتصال هستند برای این که انتقال یون ها را تسهیل نمایند. یون های یک بار مثبت نمی توانند به سادگی با Ca ²⁺ در سایت اتصال رقابت کنند. این نظریه به صورت آزمایشگاهی انجام گرفته و به ثبت رسیده است. در کانال های کلسیم اگر بار منفی رزدیو گلوتامات در موجود در منفذ به لیزین شارژ مثبت جهش یابد ، کانال کلسیم بسیار به یون های Na+ و Ba2+ قابل نفوذ خواهد شد. ( منبع ) و بر عکس ، در کانال های سدیم ، جهش در لیزین های موجود در منفذ به گلوتامات ، سبب تغییر کانال های انتخاب گر Na+ به کانال های انتخاب گر Ca2+ می شود ( منبع )

 

ساختار کانال :

ساختار سه بعدی بسیاری از کانال ها هنوز شناخته نشده است. به هر حال ، از طریق ویژگی هیدروفوبیسیته سکانس های آمینو اسید ها ، امکان به دست آوردن ساختار اغلب کانال ها وجود دارد.

 

کانال های K :

انواع مختلفی از کانال های پتاسیم وجود دارد. اکثر کانال های K مشاهده شده دارای چهار زیر واحد هستند که هر کدام از آن ها همولوگ پروتئین Shaker می باشند. ( شکل 7 ) . ویژگی هیدروفوبیسیته نشان می دهد که آن دارای شش قطعه هیدروفوبیک است که به صورت S1-S6 نشان داده شده اند. این قطعات بسیار شبیه به دامین های گذرنده از غشاء هستند. سایر نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که ناحیه P در درون منفذ کانال ها وجود دارد. این ساختار دامین پروتئین Shaker در شکل 8 نشان داده شده است.

شکل 7

سکانس های آمینو اسید پروتئین Shaker

شکل 8 . ساختار دومین های پروتئین Shaker

 

 

 

شکل 9. رسم شماتیک از کانال های پتاسیم Shaker که از چهار پروتئین تشکیل شده است. منفذ کانال توسط چهار ناحیه P تشکیل می شود. ( فقط سه تا از آن ها نشان داده شده است )

 

کانال های Na و Ca

کانال Na یا Ca شامل زیر واحد های اصلی تشکیل دهنده منفذ و گاهی سایر زیر واحد های کمکی هستند. زیر واحد های تشکیل دهنده اصلی ، زیر واحد α خوانده می شوند که می توانند به چهار دامین مشابه تقسیم شوند. هر دامین آنالوگ پروتئین Shaker با شش قطعه گذرنده از غشاء و ناحیه P می باشد. اگر چه زیر واحد α برای تشکیل کانال یونی کافی می باشد.

شکل 10. دامین های ساختاری زیر واحد α در کانال Na یا Ca

 

کانال های سیناپسی ( سیناپتیک )

کلاس های بسیاری از کانال های یونی در سیناپس های ( اتصالات میان سلول های عصبی ) واقع شده اند. ساختار آن ها در صفحه بعد شرح داده شده است.

فصل دوم بخش F3 ( کانال های یونی )

کانال های یونی :

اطلاعات پایه درباره کانال های یونی

طبقه بندی و نامگذاری کانال های یونی

 

مقالات مروری :

General

• The Voltage Sensor in Voltage-Dependent Ion Channels - Physiol. Review, 2000.
• Ion channel genes and human neurological disease: Recent progress, prospects, and challenges - PNAS, 1999.

Potassium Channels

• Structure and Function of Kv4-Family Transient Potassium Channels - Physiol. Review, 2004.
• Evidence for Mitochondrial K⁺ Channels and Their Role in Cardioprotection - Circulation Research, 2004.
• A-type potassium currents in smooth muscle - Am. J. Physiol., 2002.
• Potassium Channel Function in Vascular Disease - Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, 2001.
• Potassium Channels: Molecular Defects, Diseases, and Therapeutic Opportunities - Pharmacological Reviews, 2000.

Sodium Channels

• Inherited disorders of voltage-gated sodium channels - J. Clin. Invest., 2005.
• Regulation of the epithelial sodium channel by accessory proteins - Biochem., 2003.
• Epithelial Sodium Channel - Physiol. Review, 2002.

Calcium Channels

• The L-type calcium channel in the heart - J. Clin. Invest., 2005.
• Ca²⁺ Channels As Integrators of G Protein-Mediated Signaling in Neurons - Mol. Pharm., 2004.
• Dissecting the functional role of different isoforms of the L-type Ca²⁺ channel - J. Clin. Invest., 2004.
• Subunit of Voltage-activated Calcium Channels - J. Biol. Chem., 2003.
• Molecular Physiology of Low-Voltage-Activated T-type Calcium Channels - Physiol. Review, 2002.

Chloride channels

• Molecular Structure and Physiological Function of Chloride Channels - Physiol. Review, 2002.
• Regulation of the Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator Cl Channel by Its R Domain - J. Biol. Chem., 2001.
• Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator: Structure and Function of an Epithelial Chloride Channel - J. Biol. Chem., 2000.

Synaptic Channels

• Molecular Structure and Physiological Functions of GABA_B Receptors - Physiol. Review, 2004.
• Emerging structural explanations of ionotropic glutamate receptor function - FASEB J., 2004.
• N-Methyl-D-aspartate Receptors: Subunit Assembly and Trafficking to the Synapse - J. Biol. Chem., 2004.
• Structure and Function of the Glycine Receptor and Related Nicotinicoid Receptors - J. Biol. Chem., 2004.
• Glycine and N-Methyl-D-Aspartate Receptors: Physiological Significance and Possible Therapeutic Applications - Pharmacological Reviews, 1998.

Other Channels

• Calcium/Calmodulin Modulation of Olfactory and Rod Cyclic Nucleotide-gated Ion Channels - J. Biol. Chem., 2003.
• TRPV4 calcium entry channel: a paradigm for gating diversity - Am. J. Physiol., 2003.
• TRP Channel Proteins and Signal Transduction - Physiol. Review, 2002.
• Cyclic Nucleotide-Gated Ion Channels - Physiol. Review, 2002.
• Voltage-Gated Proton Channels and Other Proton Transfer Pathways - Physiol. Review, 2002.

Sites of Interest:

Ion Channels, Transmitters, Receptors, and Disease

The Ligand-gated Ion Channel Database

فصل 2- بخش F2 ( خانواده ایمنوگلوبولین ها )

خانواده ایمنوگلوبولین ها :

این خانواده از پروتئین ها سیگنال ها را برای پاسخ های ایمنی انتقال می دهند. هر کدام از آن ها دارای یک یا دو قطعه گذرنده از غشاء می باشند. ایمنوگلوبولین ( آنتی بادی ) دارای چهار رشته پپتیدی می باشد : دو رشته سنگین و دو رشته سبک. V_H و C_H دامین های تغییر پذیر و حفاظت شده رشته سنگین را شامل می شوند ، V_L و C_L نیز برای رشته سبک می باشند. دامین متغیر ، سایت اتصال آنتی ژن ها می باشد. برای فرستادن سیگنال به رون سلول ، این کلاس از پروتئین ها عموما به پروتئین بدون رسپتور تیروزین کیناز که در سطح سیتوزولی غشای پلاسمایی قرار گرفته شده است ، متصل می شود.( فصل ششم بخش E )

شکل 2-F-2

شکل ترسیمی ساختار پروتئین های خانواده ایمنوگلوبولین

فصل 2 - بخش F1

G- پروتئین به همراه رسپتور ها :

نقش اصلی آن انتقال سیگنال ها به درون سلول می باشد ( فصل 6 بخش D ). آن ها توسط هفت قطعه گذرنده از غشاء مشخص می شوند. این کلاس از پروتئین های غشایی ، می تواند با طیف وسیعی از تحریکات شامل فوتون ها ، آمین ها ، هورمون ها ، نوروترانسمیتر ها و پروتئین ها واکنش نشان دهد. برخی از تحریکات به حلقه خارج سلولی رسپتور متصل می شوند و برخی دیگر ممکن است از ناحیه گذرنده از غشاء نفوذ کنند.

شکل 2-F-1 : ( a ) رسم شماتیک از توپولوژی G-پروتئین همراه رسپتور که توسط هفت قطعه گذرنده از غشاء مشخص می شود. هیچ یک از ساختار های این پروتئین تاکنون به خوبی شناخته نشده اند اما انتظار می رود ساختار گذرنده از غشای آن بسیار مشابه با باکتریورودوپسین ( پمپ پروتونی ) باشد که در شکل ( b ) و ( c ) نشان داده ده است.  PDB ID = 1AT9

 

مشاهدات :

 

Schematic presentation of the general structure of GPCRs and receptor-ligand interactions - J. Biol. Chem., 1998.

Database:

GPCRDB: G-Protein-Coupled Receptor Database

فصل 2- بخش F ( پروتئین های غشایی )

پروتئین های غشایی :

 

پروتئین های گذرنده از غشاء :

G- پروتئین به همراه رسپتور های متصل شونده ( G-protein coupled receptors )

خانواده ایمنوگلوبولین

پروتئین های انتقالی

• کانال های یونی

پروتئین های متصل شونده به غشاء :

 

Ras, v-Src and others

Review Articles:

Membrane Protein Structural Biology Minireview Series - J. Biol. Chem., 2001.

• How Membranes Shape Protein Structure
• Structure and Assembly of b-Barrel Membrane Proteins
• Detergents as Tools in Membrane Biochemistry
• Membrane Targeting by C1 and C2 Domains

Nucleotide receptors: an emerging family of regulatory molecules in blood cells - Blood, 2001.

 

فصل2-بخش E-3 ( مکانیسم کاتالیکی آنزیم ها )

مکانیسم کاتالیکی آنزیم ها :

از نمودار زیر این نتیجه این سوال که چگونه آنزیم ها واکنش ها را تسریع می کنند ، به دست می آید. علت این است که آن ها می توانند انرژی فعال سازی را که سوبسترا و محصولات را از هم جدا می کند را کاهش دهند. برای مثال انرژی کووالان میان دو اتم در حدود 50 تا 200 کیلو کالری بر مول می باشد که این انرژی بسیار بالاتر از انرژی حرارتی در دمای اتاق ( 6/0 کیلوکالری بر مول )می باشد. بنابراین ، پیوند کووالان تمایلی برای شکسته شدن در صورت فقدان برهمکنش های خارجی ، ندارد. آنزیم ها می توانند محیط مناسبی را برای ایجاد انرژی فعال سازی ( سد انرژی ) ایجاد کنند.

 

شکل 2-E-3 : نمودار انرژی آزاد واکنش آنزیمی. سوبسترا ( s ) مولکولی است که آنزیم بر روی آن عمل می کند. P محصولات واکنش را نشان می دهد. محور افقی ( جهت واکنش ) تغییرات ممتد را از S به P نمایش می دهد.

مکانیسم دقیق کاهش انرژی فعال سازی بستگی به سیستم های خاص دارد. RNase A مثالی بسیار جالب در این مورد می باشد. این آنزیم می تواند مولکول هایRNA را به وسیله واکنش هیدرولیز بشکند ، اما تاثیری بر روی DNA ندارد. در فصل سوم ، ما خواهیم دید که DNA و RNA فقط در یک مولکول اتم اکسیژن با هم تفاوت دارند که همین تفاوت سبب ایفای نقش حیاتی مکانیسم کاتالیزوریRNase Aشده است.

شکل 2-E-4:

(a ) واکنش هیدرولیز که توسط RNase A کاتالیز می شود.مولکول RNA رشته ای از نوکلئوتید هاست که توسط پیوند فسفودی استری به هم متصل شده اند ، که این پیوند ها توسط RNase A شکسته می شوند. این شکل فقط دو نوکلئوتید مجاور را برای محل سایت برش نشان می دهد.

( b ) محصولات میانی ( حالت گذار ) این واکنش.

 

شکل 2-E-5 : مکانیسم کاتالیکی RNase A که شامل دو رزدیو مهم می باشد : His-12 وHis-119 .

( a ) حالت گذار از انتقال الکترون از  His-12به  His-119با عبور از میان OH-2َ تشکیل می شود. ( b ) پس از این که حالت گذار شکل گرفت ، الکترون می تواند از His-119 به His-12 انتقال یابد و محصول نهایی تشکیل گردد. DNA فاقد OH- 2َ حیاتی برای این واکنش می باشد بنابراین توسط RNase A نمی تواند کاتالیز شود.

 

 

فصل 2- بخش E-1 ( طبقه بندی آنزیم ها )

طبقه بندی آنزیم ها :

بر اساس واکنش کاتالیکی ، کمیته نامگذاری انجمن بین المللی بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی ( IUBMB ) طبقه بندی زیر را پیشنهاد می دهد :

1- اکسیدورداکتاز ها : واکنش های گوناگون اکسیداسیون – کاهش را کاتالیز می کنند. از اسامی معمول این گروه می توان به دهیدروژناز ، اکسیداز ، رداکتاز ( ردوکتاز ) و کاتالاز اشاره کرد.

2- ترانسفراز ها : انتقال گروهی ( مثل استیل ، متیل ، فسفات و غیره ) را کاتالیز می کنند. از آنزیم های معمول آن می توان به استیل ترانسفراز ، متیلاز ، پروتئین کیناز و پلیمراز اشاره کرد. این سه زیر گروه اصلی نقش های مهمی را در تنظیمات فرایند های سلولی بر عهده دارند. واکنش شیمیایی در شکل E-1-2 نشان داده شده است. پلیمراز برای سنتز DNA و RNA ضروری می باشد.

3- هیدرولاز ها : واکنش های هیدرولیز را زمانی که مولکول به دو یا چند مولکول دیگر با اضافه شدن آب تجزیه می شود را کاتالیز می کنند. چند نمونه معمول آن ها در زیر آمده است :

 

· پروتئاز ها : مولکول های پروتئین را تجزیه می کند. مثال : HIV پروتئاز و کسپاز ( کاسپاز ) . HIV پروتئاز برای همانند سازی HIV ضروری می باشد. کاسپاز نقش مهمی را در آپوپتوزیس ( مرگ برنامه ریزی شده سلول ) ایفا می کند.

· نوکلئاز ها : اسید های نوکلئیک ( RNA , DNA ) را تجزیه می کنند. بر اساس نوع سوبسترا ، آن ها به دو گروه RNase و DNase تقسیم می شوند. RNase هیدرولیز RNA را کاتالیز می کند و DNase بر روی DNA اثر می کند. همچنین آن ها به دو گروه اگزونوکلئاز و اندونوکلئاز نیز تقسیم می شوند. اگزونوکلئاز ها از یک انتهای DNA یا RNA به صورت ممتد تک نوکلئوتید ها را تجزیه می کند. اندونوکلئاز ها DNA یا RNA را در سایت های درونی تجزیه می کنند.

· فسفاتاز ها : دفسفریلاسیون ( حذف گروه فسفر ) را کاتالیز می کنند. برای مثال : کالسینئورین ( calcineurin ) . دارو های سرکوب کننده ایمنی (  immunosuppressive drugs  ) FK506 و سایکلوسپورین A (   Cyclosporin A ) بازدارنده های کالسینئورین هستند.

 

4- لیاز ها : برش پیوند های C-C, C-O, C-S و C-N را به شیوه دیگری متفاوت از هیدرولیز و اکسیداسیون ، کاتالیز می کنند. اسامی معروف این گروه شامل دکربوکسیلاز و آلدولاز می باشد.

5- ایزومراز ها : بازآرایی اتمی را در مولکول ها را کاتالیز می کنند. مثال های آن شامل روتاماز ، پروتئین دی سولفید ایزومراز (PDI ) ، اپی مراز و راسماز می باشد.

6-  لیگاز ها : هنگامی که دو مولکول به هم متصل می شوند ، واکنش را کاتالیز می کند. مثال های آن شامل پپتید سنتاز ، آمینواسیل – tRNA سنتتاز ، DNA لیگاز و RNA لیگاز می باشد.

 

کمیته IUBMB همچنین زیر شاخه و زیر زیر شاخه ها را نیز معین کرده است. برای هر آنزیم یک عدد EC ( کمیسیون آنزیم ) اختصاص داده شده است . برای مثال عدد EC آنزیم کاتالاز ، EC1.11.1.6. می باشد. عدد اول نشان می دهد که آنزیم به گروه اکسیدورداکتاز ها ( کلاس 1 ) اختصاص دارد. اعداد بعدی زیر گروه و زیر زیر گروه را معین می کنند.

شکل 2-E-1 : سه واکنش تنظیم کننده شیمیایی مهم.

( a ) استیلاسیون : اضافه شدن گروه استیل به گروه R آمینواسید لیزین توسط استیل ترانسفراز . ( b ) متیلاسیون : افزوده شدن گروه متیل به باز های DNA ( و همین طور سیتوزین ) توسط متیلاز. ( c ) فسفریلاسیون : اضافه شدن گروه فسفات به گروه R تیروزین ، سرین یا ترئونین ( فقط تیروزین نشان داده شده است ) توسط پروتئین کیناز.

 

 

 

 

شکل 2-E-2  : نقش روتاماز و PDI . واکنش توسط دو آنزیم کاتالیز می شود که به رشته پپتیدی کمک می کنند تا به ساختار سه بعدی درست ،  پیچش یابند.

 

فصل 2 - بخش E-2 ( بازدارنده های آنزیمی )

بازدارنده های آنزیمی :

تعداد بسیاری از داروها بازدارنده آنزیم ها می باشند که به دو نوع مختلف تقسیم می شوند : مهارکننده های رقابتی و مهار کنده های غیر رقابتی. مهار کننده رقابتی مستقیما سایت فعال را قبل از این که سوبسترا به آن متصل شود را اشغال می کند. مهار کننده غیر رقابتی سایت فعال را اشغال نمی کند ، اما به ناحیه دیگری متصل می شود که به نحوی مانع فعالیت کاتالیکی می شود.

مسدود کننده پروتئاز HIV یک مهار کننده رقابتی است که در شکل زیر نشان داده شده است :

مقالاتی جهت بررسی :

The Serpins Are an Expanding Superfamily of Structurally Similar but Functionally Diverse Proteins - J. Biol. Chem., 2001.

فصل 2- بخش E ( آنزیم )

آنزیم

 

آنزیم ها کاتالیست های واکنش های بیوشیمیایی درون سلولی هستند. اکثر دارو ها بازدارنده آنزیم ها هستند.

 

از آنزیم های شاخص که به عنوان هدف دارویی ( drug targets ) استفاده می شوند :

·  HIV پروتئاز : آنزیم ضروری برای همانند سازی HIV می باشد. بازدارنده آن قابلیت کنترل ایدز را دارد.

·  آنزیم مبدل ( معکوس کننده ) Angeiotensin  ( ACE ) : انقباض رگ های خونی را تسریع و تسهیل می کند ( پیشروی روند را زیاد می کند ). بازدارنده آن به طور وسیعی جهت درمان فشار زیاد خون و نارسایی تراکمی قلب به کار می رود.

 

· HMG-CoA reductase : برای سنتر کلسترول ضروری می باشد. بازدارنده ای می باشد که ( مثل استاتین ) می تواند سطح کلسترول را پایین بیاورد.

·  cGMP فسفودی استراز : تبدیل cGMP را به GMP کاتالیز می کند. هدف بسیار معروفی جهت داروهای مورد استفاده برای درمان ناتوانی جنسی مردان (Viagara ) می باشد. 

· کلسینئورین ( calcineurin ) : فسفاتازی است که نقش مهمی را در پاسخ های ایمنی ایفا می کند. که هدفی برای دارو های متوقف کننده سیستم ایمنی ( immunosuppressive ) مانند FK506 و cyclosporin A می باشد.

مقالاتی جهت بازدید :

Matrix Metalloproteinases and Tissue Inhibitors of Metalloproteinases - Circulation Research, 2003.

RNase P: Variations and Uses - J. Biol. Chem., 2002.

Matrix metalloproteinases: effectors of development and normal physiology - Genes and Development, 2000.

فصل 2 -بخش D ( ساختار سه بعدی )

ساختار 3D ( سه بعدی ) :

ساختار 3D ( ساختار سه بعدی) ، ساختار سوم نیز خوانده می شود. اگر پروتئین حاوی بیش از یک پلی پپتید باشد ، پروتئین دارای ساختار چهارم نیز می شود که این ساختار در واقع وابستگی میان پلی پپتید های پروتئین ( زیر واحد های آن ) را بیان می کند. ( وابستگی و ارتباط میان زیر واحد ها سبب ایجاد ساختار می شود.)

 

شکل 2-D-1: ساختار 3D آنزیم RNase A که به صورت روبان ( رشته ) نشان داده شده است. ساختار اتمی آن را می توانید از بانک اطلاعات پروتئینی ( PDB ) به دست آورید.( 1RCN= PDB ID )

 

کریستالوگرافی اشعه X و NMR دو تکنیک اصلی آزمایشگاهی برای تعیین ساختار سه بعدی ماکرومولکول ها می باشند. PDB سایت بسیار مهمی برای اطلاعات ساختاری ماکرومولکول ها می باشد که به راحتی به وسیله PDB ID   ( نشانه = ID ) ماکرومولکول ها می توان به آن ها دست یافت .

 

سایت هایی برای علاقمندان :

Crystallography 101 - By Bernhard Rupp

The Basics of NMR - By Joseph P. Hornak

NMR Knowledge Base - From John Wiley & Sons

2D NMR Spectroscopy - By Marc Bria

فصل2 -بخش c ( موتیف های پروتئینی و دامین ها )

موتیف های پروتئینی و دامین ها ( دومین ها ) :

موتیف ناحیه ( دامین ) مشخصی است که دارای 2 یا چند آلفا هلیکس یا صفحه بتا می باشد. موارد معمول ان شامل : coiled-coil , helix-loop-helix ,zinc finger , leucine zipper  و غیره می باشد.

همچنین بسیاری از پروتئین ها دارای دامین های خاصی هستند . مثل SH2 domain

سایت هایی برای علاقمندان :

دامین های پروتئینی

موتیف

مقالات جهت بررسی بیشتر :

The ACT Domain: A Small Molecule Binding Domain and Its Role as a Common Regulatory Element - J. Biol. Chem., 2006

Protein families and RNA recognition - FEBS J., 2005

The RNA recognition motif, a plastic RNA-binding platform to regulate post-transcriptional gene expression - FEBS J., 2005

The double-stranded RNA-binding motif, a versatile macromolecular docking platform - FEBS J., 2005

PDZ proteins retain and regulate membrane transporters in polarized epithelial cell membranes - Am. J. Physiol., 2005

Neuronal PDZ Domains: A Promising New Molecular Target for Inhaled Anesthetics? - Molecular Interventions, 2004

The role of nuclear Y-box binding protein 1 as a global marker in drug resistance - Mol. Cancer Ther., 2004

U2AF homology motifs: protein recognition in the RRM world - Genes and Devel., 2004

Properties and Functions of GAF Domains in Cyclic Nucleotide Phosphodiesterases and Other Proteins - Mol. Pharm., 2004

Structural and Evolutionary Relationships among Protein Tyrosine Phosphatase Domains - Molecular and Cellular Biology, 200

PDZ Domains: Structural Modules for Protein Complex Assembly - J. Biol. Chem., 2001

PDZ Protein Interactions Regulating Glutamate Receptor Function and Plasticity - J. Cell Biology, 2001

All in the Family: the BTB/POZ, KRAB, and SCAN Domains - Molecular and Cellular Biology, 200

 

قابل توجه دوستان عزیز : لینک هایی که الان در سایت قرار گرفته اند و به خود کتاب Molecular Biology Web Book بر می گردند و هنوز ترجمه نشده اند ، به زودی با لینک ترجمه شده جایگزین می شوند اما لینک هایی که خارج از کتاب فوق باشند ، در دستور کار ترجمه ما نیست ؛ و زحمت ترجمه باشه مال خودتون !!!

 

فصل 2 - بخش c ( صفحه بتا )

رشته بتا ، صفحه بتا و beta barrel  :

رشته بتا :

در رشته بتا زاویه پیچش N-Ca-C-N در اسکلت ( ساختار اصلی ) تقریباً 120 درجه می باشد. شکل زیر ساختار فرضی رشته بتا را نشان می دهد. دقت کنید که رشته های کناری دو رزدیو مجاور این طرح در مسیر مخالف از اسکلت اصلی قرار دارند.

 

شکل 2-C-6 : رشته فرضی بتا

 

صفحه بتا :

صفحه بتا دارای 2 یا چندین رشته بتا می باشد که به وسیله پیوند هیدروژنی به هم متصل شده اند. دورشته بتا در صورتی که در مسیر مشابهی از یک انتها ( N یا C  ) به سمت انتهای دیگر مرتب شوند ، ممکن است که موازی شوند و یا اگر آن ها در مسیر های مخالف مرتب شوند موازی و معکوس ( anti parallel ) می شوند.

 2-C-7 : ساختار صفحه بتا موجود در RNase A . این شکل فقط اتم های ساختار اصلی را نشان می دهد البته به استثنای هیدروژن ها .RNase A شامل تک رشته پپتیدی می باشد که در اتصالات میان ۴b , 6b پیچش ایجاد می کند ( نشان داده نشده است ). بنابراین دو رشته مواز و معکوس می باشند.

Beta barrel  :

بسیار مشابه با صفحه بتا می باشد.

تصاویر online : پورین ، تصاویر بیشتر

فصل 2 - بخش c-2 ( آلفا هلیکس )

آلفا هلیکس:

آلفا – هلیکس دارای ویژگی های زیر می باشد:

• هر 3.6 رزدیو یک پیچش ( turn ) را می سازد.
• فففاصله میان دو پیچه 54. نانومتر می باشد.
• C=O یا N-H هر پیچه دارای پیوند هیدروژنی با N-H یا C=O مجاورش می باشد.

 

پیوند هیدروژنی نقش پایداری را در ساختمان آلفا هلیکس ایفا می کند. بنابراین اندازه و شارژ رشته های کناری نیز فاکتور های مهمی می باشند. آلانین دارای گرایش ( تمایل طبیعی ) بیشتری نسبت به پرولین برای تشکیل آلفا هلیکاز دارد.

آلفا هلیکس می تواند دارای پیچش به سمت راست یا پیچش به سمت چپ باشد. همان طور که در شکل زیر نمایش داده شده است :

 

شکل 2-C-4 : ساختار آلفا هلیکس. ( a ) نمونه فرضی آلفا هلیکس راست گرد. C : سبز ، O : قرمز ،  N : آبی و H : نشان داده نشده اند. پیوند هیدروژنی : خطوط ( b ) پراکنده آلفا هلیکس راست گرد بدون نشان دادن اتم ها ( c )  : آلفا هلیکس چپ گرد.

 

آلفا هلیکس آمفی پاتیک

در الفا هلیکس امفی پاتیک ، یکی طرف هلیکس دارای آمینو اسید هیدروفیلیک بیشتر و طرف دیگر دارای آمینو اسید های هیدروفوبیک بیشتر می باشد. توالی آمینو اسید ها در آلفا هلیکس آمفی پاتیک در هر 3 تا 4 رزدیو دارای تناوب میان رزدیو های هیدروفیلیک و هیدروفوبیک می باشد ، بنابراین الفا هلیکس در هر 3.6 رزدیو یک پیچه ( turn ) را می سازد. مثالی در زیر نشان داده شده است :

 

 

  2-C-5

ساختار آلفا هلیکس آمفی پاتیکCAP18 مولکولی است که می تواند به اندوتوکسین باکتریایی متصل شود.(a ) توالی آمینو اسید های بخش آمفی پاتیک CAP18 . رزدیو های هیدروفوبیک توسط خطوط قرمز محصور شده اند.( b ) ساختار سه بعدی که توسط NMR مشخص شده است. رزدیو های هیدروفوبیک در سمت پایین مشخص شده اند.PDB ID = 1LYP

فصل 2 بخش c-1 ( پیوند هیدروژنی )

پیوند هیدروژنی :

پیوند هیدروژنی توسط 3 اتم شکل می گیرد : یک اتم هیدروژن و دو اتم الکترونگاتیو که اغلب N یا O می باشند. اتم هیدروژنی که به یکی از این دو اتم به صورت کووالان متصل شده است را دهنده ( donor ) پیوند هیدروژنی می نامند. اتم الکترونگاتیو دیگر را نیز پذیرنده پیوند هیدروژنی می نامند . بنابر نتایج حاصله ، هر اتم الکترونگاتیو مقداری بار منفی با خود حمل می کند و اتم هیدروژن نیز مقدار کمی بار مثبت . در نتیجه اتم هیدروژن و پذیرنده پیوند هیدروژنی می توانند با برهمکنش ( واکنش ) جذب شونده داشته باشند.

طول پیوند هیدروژنی بستگی به پذیرنده ، دهنده و شرایط محیطی بستگی دارد. مقدار انرژی پیوند اغلب از 1 کیلوکالری بر مول تا 5 کیلوکالری بر مول متغیر است. این انرژی از انرژی کووالان کمتر است ، اما از انرژی حرارتی ( برابر با 6/ کیلوکالری بر مول در دمای اتاق ) بیشتر است. بنابراین ، پیوند هیدروژنی می تواند نیروی پایدار کننده قابل توجهی در ماکرو مولکول ها مثل پروتئین و اسید های نوکلئیک ایجاد کند.

زمانی که پیوند هیدروژنی تشکیل شده باشد ، فاصله میان دهنده و گیرنده تقریبا 28/ نانومتر می باشد. اتم هیدروژن به دهنده به صورت کووالان متصل باقی می ماند و فاصله آن ها از فاصله میان اتم هیدروژن و پذیرنده کوتاه تر است.

 

شکل 2-C-3 : پیوند هیدروژنی

 ( a ) شکل اصلی . D = donor ، A= acceptor

( b ) پیوند هیدروژنی میان دو مولکول آب

( c ) پیوند هیدروژنی میان پلی پپتید برای مثال آلفا هلیکس یا میان صفحات بتا

( d ) پیوند هیدروژنی میان رزدیو 45 ( ترئونین ) RNase A و سوبسترای تیمین خودش

 

فصل دوم -بخش C ( ساختار دوم )

ساختار دوم :

در پروتئین، ناحیه ( دامین ) اصلی ممکن است ساختار های خاصی را مانند آلفا-هلیکس و صفحه بتا تشکیل دهد که آن ها ساختار دوم پروتئین را تشکیل می دهند

.

 

 

شکل 2-C-1 : ساختار دوم RNase A که حاوی 3 آلفا هلیکس و 7 رشته بتا می باشد.

( a)

 

( b )

: آلفا هلیکس و رشته بتا در RNase A .PDB ID = 1RCN   2-C-2

( a ) : رزدیو 1 تا 36 ( b ) : رزدیو 80 تا 85

فصل 2- بخش B

پپتید ها :

پپتید ، رشته ای از آمینو اسید هاست که توسط پیوند پپتیدی به هم متصل شده اند. پلی پپتید ها به پپتید های طویلی گفته می شوند البته با در نظر گرفتن الیگوپپتید ها که پپتید های کوتاه هستند ( کمتر از 10 آمینو اسید ). پروتئین ها از یک یا چند پلی پپتید با بیشتر از 50 آمینو اسید ساخته شده اند.

ساختمان اولیه :

ساختمان اول پروتئین ها به توالی آمینو اسید ها بر می گردد. ( همان توالی آمینو اسید هاست ). آمینو اسید موجود در پپتید ها را رزدیو ( residue ) نیز می نامند.

شکل 2-B-1 

 توالی آمینو اسید ها ( ساختمان اولیه ) ریبونوکلئاز A یا RNase A . آنزیمی است که بر روی RNA فعالیت دارد. هر حرف یک آمینو اسد را نشان می دهد.

پیوند پپتیدی :

پیوند پپتیدی اتصالی میان دو آمینو اسید است که توسط واکنش تراکمی که در زیر نشان داده شده است ، شکل می گیرد :

شکل 2-B-2 : تشکیل پیوند پپتیدی توسط واکنش تراکمی

 

زاویه فای – سای :

به علت ساختار الکترونی خاص پیوند پپتیدی ، اتم های موجود بر رو انتها نمی توانند در اطراف پیوند بچرخند. بنابراین اتم های گروه ( O=C-N-H ) ) بر روی صفحه یکسانی که صفحه پپتیدی خوانده می شود ، ثابت می شوند Ca .اتم کربنی است که به گروه R متصل است.

شکل : 2-B-3صفحه پپتیدی ( ناحیه خاکستری ) و زاویه های f-Y را نشان می دهد. خطوط قرمز توسط تکرار -Ca-C-N-Ca تشکیل می شوند که اسکلت زنجیره پپتیدی می باشند.

  مطابق با قوانین ریاضی ، فای (f)  و سای  (Y) زاویه های دوسطحی هستند ( همچنین زاویه پیچشی نیز خوانده می شوند ) که به عنوان زاویه میان نقطه ای مشخص ( برای مثال Ca ) در انتهای 4 نقطه متوالی و صفحه ای مشخص ( برای مثال صفحه پپتیدی ) که توسط 3 نقطه دیگر اشغال شده ، تعریف می شود. در پپتید زاویه فای – سای به مقدار مشخصی محدود شده است ( مقدار خاصی دارد ). نمودار پراکندگی آن ها را صفحه راماچاندران می نامند.   سایت هایی برای علاقمندان : http://alpha2.bmc.uu.se/gerard/rama/ramarev.html : From Gerard J. Kleywegt at Uppsala University.  

فصل دوم ( pKa , PH )- بخش A-2

( PH و pKa ) :

مولکول و یا گروه اتم موجود در مولکول ، ممکن است پروتون را در زمانی که مولکول در محلول های آبی قرار دارد را به دست آورند و یا از دست بدهند. احتمال دقیق این که مولکول پروتونه ( کسب پروتون ) می شود و یا دپروتونه می شود به pKa مولکول و PH محلول بستگی دارد.

فکر کنید که AH گروه اتمی در مولکول باشد. AH یا خنثی است یا بار ( شارژ ) دار. بعد از این که AH پروتون از دست می دهد به وسیله A^-  نشان داده می شود. عمل پروتون دار شدن و دپروتونه شدن به صورت زیر نوشته می شود :

 

توسط آخرین معادله ، ما می بینیم که اگر در محلولی PH=pKa باشد ، نیمی از مولکول پروتون از دست خواهد داد. در PH بالاتر مقدار بیشتری از مولکول پروتون از دست خواهد داد. به عبارت دیگر ( با دانستن تعریف PH ) ما می فهمیم که غلظت پروتون در محلول در PH بالاتر ، کاهش می یابد، بنابراین قادر است که مقدار پروتون های بیشتری را بپذیرد. این مفهوم فیزیکی با نتیجه ای که ما فقط از معادله به دست آوردیم ، تناقض ندارد.

شکل 2-A-4 : مقدار pKa گروه های آمینو ، گروه کربوکسیل و چند تا گروه R . این اطلاعات در محلول های خنثی به دست آمده اند :

• گروه کربوکسیل اغلب دارای شارژ منفی است.
• گروه آمینو دارای شارژ مثبت است.
• گروه R آسپارتات و گلوتامات اغلب دارای بار منفی هستند.
• گروه R لیزین و آرژنین اغلب دارای شارژ مثبت هستند.
•  گروه R  تیروزین در PH=7 اغلب خنثی است.

گروه R هیستیدین دارای احتمال 10% در PH=7 برای این که دارای شارژ مثبت شوند هستند اما در PH=6 این احتمال به 50%  افزایش می یابد. بنابراین هیستیدین به تغییرات PH در محدوده فیزیولوژیکی بسیار حساس هستند.

شکل A-2-5 مقدار pKa در گروه های فسفات. این اطلاعات به ما می گویند که در محلول خنثی H₃PO₄ اغلب تمایل دارد پروتون از دست بدهد و به صورت ^-H₂PO4 درآید.در مرحله بعد به  احتمال 50% پروتون دیگری را از بدهد و به صورت HPO₄ ^-2 درآید. احتمال تبدیل شدن به HPO₄ ^-2 برای از دست دادن پروتون دیگر بسیار کم می باشد. از این رو ، شارژ میانه گروه فسفات تقریباً 1.5 شارژ الکترون می باشد.

فصل دوم - بخش A-2 ( آمینو اسید های موجود در پروتئین ها )

20 آمینو اسید موجود در پروتئین ها:

 

بر اساس خصوصیات فیزیکی و شیمیایی گروه R ، 20 آمینو اسید موجود در پروتئین ها به گروه های زیر تقسیم می شوند :

1- اسیدی : حاوی آسپارتیک اسید ( آسپارتات ) و گلوتامیک اسید ( گلوتامات ) می باشند. در محلول خنثی گروه R این گروه آمینو اسید ها ممکن است پروتون از دست بدهد و حاوی بار منفی شود.

2- بازی : حاوی لیزین ، آرژنین و هیستیدین می باشند. در محلول خنثی ، گروه R آمینو اسد های بازی پروتون می گیرند و دارای بار مثبت می شوند. واکنش میان گروه های R مثبت و منفی ممکن است پل نمکی را تشکیل دهند که نیروی پایدار کننده مهمی برای پروتئین ها می باشد.

3- آروماتیک : حاوی تیروزین ، تریپتوفان و فنیل آلانین می باشند. گروه R دارای حلقه آروماتیک می باشد.

4- سولفور : حاوی سیستئین و متیونین می باشند.  گروه R دارای اتم سولفور ( S ) می باشد. پیوند دی سولفیدی میان دو رزدیو سیستئین تشکیل می شود و نیرویی قوی برای پایداری ساختار های کروی ( گلوبولار ) مهیا می کند. ویژگی خاص متیونین ساخت و سنتز تمام زنجیره های پپتیدی است که از متیونین آغاز شده اند ( در فصل 5 به بررسی بیشتر این مطلب می پردازیم )

5- بدون شارژ هیدروفیلیک : حاوی سرین ، ترئونین ، آسپاراژین و گلوتامین می باشند. گروهR این نوع پروتئین ها هیدروفیلیک می باشد و قادر است که پیوند های هیدروژنی تشکیل دهد.

6- هیدروفوبیک غیر فعال : حاوی گلیسین ، آلانین ، والین ، لئوسین و ایزولئوسین می باشند. این آمینو اسید ها اغلب در میان ساختار های درونی پروتئین ها قرار می گیرند. گروه R این نوع پروتئین ها پیوند های هیدروژنی تشکیل نمی دهد و به ندرت در واکنش های شیمیایی شرکت می کند.

7- ساختار های خاص : حاوی پرولین می باشند. در اغلب آمینو اسید ها گروه R و گروه آمینو مستقیم به هم متصل نیستند و پرولین تنها آمینو اسیدی است در میان 20 نوع آمینو اسید که از این قاعده مستثنی است. به موجب این ویژگی خاص ، پرولین اغلب در خمش های ( turn ) زنجیره های پپتیدی در ساختار های سه بعدی پروتئین ها واقع شده است.

 

شکل 2-A-2 : نام ، علائم ، ساختار ها شیمیایی و شاخص های هیدروفوبیسیته ، 20 آمینو اسید که در پروتئین ها کشف شده اند. آن ها بر اساس ترتیبی که در بالا شرح داده شد ، مرتب شده اند.

 

نکته :

شاخص هیدروفوبیسیته ، نسبت هیدروفوبیسیته را در میان آمینو اسید ها نشان می دهد. مقدار بیشتر مثبت ، هیدروفوبیسیته قوی تر را نشان می دهد. آمینو اسید های هیدروفیل دارای مقدار منفی می باشند. در پروتئین ها ، از آن جایی که آمینو اسید های هیدروفیلیک اغلب با محیط آبی مواجه هستند ، آمینو اسید های هیدروفوبیک اغلب در میان ( وسط ) پروتئین قرار دارند.

 

فصل دوم - بخش A ( بلوک های سازنده پروتئین ها )

بلوک های سازنده پروتئین ها ( آمینو اسید ها )

آمینو اسید ها مولکول هایی هستند که حاوی گروه آمینو ( NH2 ) ، کربوکسیل ( COOH ) و گروه R ( متغیر ) می باشند. آن ها دارای فرمول کلی و عمومی زیر می باشند :

 

 

R-CH(NH₂)-COOH

 

گروه R در میان آمینو اسید های مختلف ، متفاوت می باشد. در پروتئین ها گروه R را همچنین رشته جانبی ( side chain ) نیز می نامند.

 

شکل 2-A-1 ( ساختار آمینو اسید تیروزین )

به طور طبیعی بیش از 300 نوع آمینو اسید در طبیعت وجود دارد اما تعداد انواع مختلف آمینو اسید های موجود در پروتئین ها فقط به 20 نوع می رسد