اسید های آمینه مولکول های کوچکی هستند که هم دارای عامل آمینی –NH2 و هم عامل کربوکسیلی COOH
می باشند و در تمامی سلول های زنده وجود دارند . غالب اسید های آمینه با یکدیگر اتصال بر قرار نموده و تولید پروتئین می نمایند. پروتئین ها نقش حیاتی دارند به عنوان مثال در ساختمان آنزیم ها ترکیبات سلولی و ... نقش دارند . تصور می شود که پروتئین های خاصی اطلاعات ژنتیکی را از DNA منتقل نموده و قادر به کنترل فعالیت سلولی می باشند . لذا سنتز پروتئین پروسه حیاتی در تمامی سلول ها می باشد لذا بایستی به اندازه ی کافی اسید های آمینه که سازنده این ترکیبات هستند فراهم آیند.
هر چند که اسید های آمینه سازنده ی پروتئین ها می باشند ولی برخی به صورت آزاد نیز در سلول وجود دارد . غلظت این ترکیبات نسبتاً کم است ولیکن زمانی که گیاه در معرض استرس کم آبی یا شوری قرار می گیرد سنتز پروتئین کاهش می یابد و لذا برخی از اسید های آمینه آزاد بالاخص پرولین Proline ممکن است در گیاه تجمع پیدا کند و غلظت آن بسیار زیاد باشد.
اسید های آمینه :
ساختمان اسید های آمینه structure Of Amino Acids
حدوداً 20 اسید آمینه وجود دارد که در ساختمان پروتئین شرکت دارند .اساس ساختمانی این اسید های آمینه در شکل زیر نشان داده شده است.
اولین کربن که به COOH وصل می شود α است . تمامی اسید های آمینه به استثناء گلایسین دارای فعالیت نوری هستند(α کربن در مرکز قرینه است)
تمامی اسید های آمینه موجود در پروتئین ها به صورت L-Isomer هستند
(باند های دارای بار). هر چند برخی از اسید های آمینه همچون پرولین و هیدروکسی پرولین حاوی عامل آمینی حقیقی نیستند ولیکن ازت یکی از اجزاء تشکیل دهنده حلقه می باشد.
اسید های آمینه به چند کلاس طبقه بندی می شوند و بر اساس R آن ها تقسیم بندی می شود مانند aliphatic , hydroxyl , ininoacid , acidic , basic , aromatic , sulphur-containing
بخش R اسید آمینه تعیین کننده این است که آیا اسید آمینه فوق هیدروفوبیک Hydrophobic (غیر قطبی آبگریز) است یا هیدروفیلیک Hydrophilic(آبدوست) . و نیز خصوصیات پروتئین که این اسید ها در آن قرار دارند را نشان می دهد
اسید های آمینه غیر پروتئینی و ترکیبات وابسته Non-Protein Amino acids and Related compounds
همانگونه که ذکر شد بیش از 200 اسید آمینه شناسایی شده اند که تنها 20 اسید آمینه در ساختمان پروتئین نقش دارند . اسید آمینه های غیر پروتئینی به صورت آزاد در گیاهان وجود دارد که بیشتر در لگوم ها هستند . برخی از آن ها سمی هستند و یا اثرات فیزیولوژیکی خاصی بر روی دام داشته و حتی ممکن است ترکیبات سمی در مواد خوراکی دام باشند.
1- Canavanin کاناوانین
در jak beam وجود دارد و ترکیبات آن مشابه آرژنین است و در نتیجه متابولیسم آرژنین اختلال ایجاد نموده و حتی ممکن است در پروتئین حیواناتی که از این دانه استفاده می کنند وجود داشته باشد.
برخی از گیاهان در خاک هایی رشد می کنند که حاوی سلنیوم زیادی است و ممکن است حاوی اسید های آمینه ای باشد که دارای مقادیر زیادی سلنیوم اند. سلنیوم به جای اتم گوگرد قرار میگیرد و ترکیباتی همچونselemethyleselenomethionin بوجودآوردیا clemethyleselenocystein.
این اسید های آمینه برای دام هایی که از این گیاهان استفاده می کنند بسیار سمی است. زیرا جایگزین اسید های آمینه گوگرد دار شده و پروتئین فوق را غیر فعال می سازد . البته مقادیر کم آن گاهاً به عنوان مکمل سلنیومی در تغذیه دام مورد استفاده قرار می گیرد .
3- mimosine
اسید آمینه ای است که در برگ ها و دانه های گیاهان لگومینه مناطق حاره ای وجود دارد .
4-لایتروژن Lathyrogines
در دانه نخود وجود دارد که موجب بیماری Neurolathyrism در انسان و osteolathyrism در دام ها بالاخص در اسب می شود. در بیماری Neurolathyrism سلول های عصبی مورد حمله قرار می گیرند و موجب ضعف و نهایتاً فلج پاها در انسان می شود . در بیماری osteolathyrismموجب بد شکل شدن استخوان ها شده و بدلیل مشابهت با لایزین می تواند در ساختمان پروتئین های حاوی لایزین شرکت کند.
5- Methy Cystein Suphoxids
در سیر و پیاز Brassia زیاد است 4 تا 6%
6- آلکالوئین ها Alkaloids
هزار آلکالوئید در گیاهان شناسایی شده است ولی عملاً مشخص نیست که نقش آنها در گیاهان چیست ولیکن احتمالاً به دلیل ایجاد مقاومت در گیاه برای حمله ی جانوران و حشرات است .
برخی از آلکالوئید ها نقش های خاصی در بشر و حیوانات دارند مانند مورفین و نیکوتین .
که فعالیت خود را از دست می دهد و اندازه آن کوچک می شود گاو و اسب بسیار حساس بوده ولیکن گوسفند حساسیت کمتری دارد .
اسید های آمینه فنولیک Phenolic
دارای ساختمان حلقوی می باشند که مقاومت به گیاهان در مقابل بیماری می دهند مثلاً در پیاز Proto catechulic acid وجود دارد که موجب مقاومت این گیاه به قارچ Colletrichum circinome می شود و در صورت فقدان آن مقاومت گیاه از بین می رود . از مهمترین اسید های آمینه Phenoleic تانن ها بوده که مانع هضم گیاه می شود و تلخ مزه اند .
Anthocyanin
رنگ طبیعی که در گل ها و میوه ها و برگ ها و ساقه ها و حتی ریشه ها وجود دارد
هر یک از اسید های آمینه دارای PHIمتفاوتی هستند که وقتی در یک میدان مغناطیسی یا PH خاصی (خنثی 7) قرار گیرند این اجسام بر اساس باری که دارند و نیز وزن مولکولی شان از یکدیگر جدا می شوند.
چون اسید های آمینه دارای عامل کربوکسیل COOH و آمینی هستند ،گروه آمینی می تواند استیله Acetylated و گروه کربوکسیل می تواند استریفه شود
1- واکنش استری شدن
اسید آمینه با الکل استریفه می شود .آلانین و اتانل
2- آسیلاسیون Acylation
اسید آمینه با اسید آلی ترکیب شده این واکنش ها برای دفع سموم از بدن و سنتز پروتئین ضروری اند
***
3- واکنش های شناسایی اسید های آمینه
الف – با بنن هیدرین
برای تعیین اسید آمینه در سطح کم مورد استفاده قرار می گیرد .اسید آمینه با بنن هیدرین اکسید کننده قوی حرارت داده می شود و در نتیجه CO2 و NH3 آزاد می شود و در نتیجه یک آلدئید با یک اتم کربن کمتر از اسید آمینه حاصل می شود .بنن هیدرین با NH3 ترکیب شده و رنگ آبی بنفش حاصل با استفاده از کروماتوگرافی اسید آمینه تشخیص داده می شود .
رنگ هایی همچون آبی ، قرمز و ... برگ درختان در پاییز بدلیل آن هاست . رنگ زرد یا نارنجی در گوجه به دلیل کاروتنوئید هاست
PH تاثیر مهمی بر روی رنگ دارد.PH اسیدی موجب رنگ قرمز می شود و رنگ آبی در نتیجه PH قلیایی صوت می یابد.
خواص اسید های آمینه :
1- یونیزاسیون : اسید های آمینه در آب یونیزه شده و تولید اسید و باز می کند که شناخت این خصوصیات بازی و اسیدی در تفهیم بسیاری از خصوصیات پروتئین ها مهم است.
هر اسید آمینه دارای حداقل 2 گروه قابل تجزیه است.
هر دو اسید ، ضعیف هستند ولیکن اولی چند هزار بار قوی تر از دومی است.
PKa گروه اول (آلفا کربوکسیلیک) بین 2.6 تا 3.3 و دومی بین 8 تا 10 می باشد.
در PH خون و بیشتر بافت ، اسید آمینه به صورت A است تا به فرم B
اسیدهای آمینه در PH خاصی که به نام PH ایزوالکتریک یا Isoelectric point نامیده می شود و برای هر اسید آمینه این نقطه متفاوت است ، بار منفی و مثبت آن برابر خواهد شد .
هنگامی که نصف عوامل NH3 و COOH یونیزه شده باشند ، خواهیم داشت : KNH2=H+ KCOOH=H+
اگر آن را به صورت لگاریتمی بنویسیم : PH=PKNH2 PH=PKCOOH
یونیزاسیون اسید های آمینه :
هر ماده ای که یونیزه می شود و پروتون H+ آزاد کند اسید و چنانچه پروتون بگیرد باز است .
در مایعات بدن عامل کربوکسیل اسید آمینه با از دست دادن H به صورت یون COO- و عامل آمین آن ها با گرفتن پروتون به صورت NH3+ در می آید و می توان مولکول دو یونی اسید آمینه را به شکل زیر نشان داد :
در مجاورت اسید های قوی فرم بتا یونی اسید به هم می خورد و با جذب پروتون بار مثبت به خود می گیرد ( کاتیون می شود ) ولی در مجاورت باز قوی با دادن پروتون بار منفی به خود می گیرد (آنیون می شود ) . یعنی اسید های آمینه در PH پایین بار مثبت دارند . هر کدام از این دو حالت اگر در میدان الکتریکی قرار گیرند بر حسب باری که دارند به طرف یکی از قطب ها کشیده می شود . هر اسید آمینه فقط در PH معینی به یک اندازه بار مثبت و منفی دارد و در مجموع از نظر الکتریکی خنثی است که به آن PH ایزو الکتریک گویند . به عبارتی دیگر در این PH به سمت هیچ یک از قطب های الکرتیکی کشیده نمی شود و دارای کمترین حلالیت هستند
در این صورت برای هر عامل COOH ، NH2 یک PH خاصی وجود دارد که در این PH نصف عوامل فوق یونیزه می شوند . این PH برای COOH اسیدی و به صورت PK1 و برای NH2 قلیایی و به صورت PK2 نشان می دهند .اگر در رابطه اثر جرم را در یکدیگر ضرب کنیم
در نقطه ایزوالکتریک غلظت یون ها ی مخالف با هم برابرند در نتیجه غلظت R-NH3 و R-COOH یکی است.
اسید آمینه آلانین : گروه کربوکسیل : PH=2.34 و گروه آمینی : PH=9.69 PHI=1/2[(PK1) + (PK2)]
PHI: یعنی بار الکتریکی خالص یک اسید آمینه صفر می شود
الکتروفورز که برای جداسازی اسید آمینه و یا پروتئین مورد استفاده قرار می گیرد بر این مبنا استوار است
باند های پپتیدی Peptid bonds
در طی سنتز پروتئین ، اسید آمینه ها با یکدیگر از طریق واکنش های تغلیظ Condensation reaction به هم متصل شده و پلی مری را می سازند این زنجیر های اسید آمینه به عنوان پپتید شناخته شده و پیوند بین آن ها که پیوند کووالانسی است به عنوان پیوند پپتیدی شناخته می شوند
به همین ترتیب اسید های آمینه دیگر به آن وصل می شوند .
برخی از پپتید ها دارای فعالیت بیولوژیکی بسیار خاصی هستند به عنوان مثال Enkephalin که در مغز ساخته می شود و در همانجا مورد استفاده قرار می گیرد یک مسکن طبیعی Pain- killer محسوب می شود .
Protein function and structure
پروتئین از کله یونانی Proteios به معنی مهمترین گرفته شده است و پلی مری است از اسید آمینه ها یی که به هم از طریق پیوند های پپتیدی متصل شده اند ، حاصل شده است که حاوی 100 الی 3000 اسید آمینه است. چنانچه وزن مولکولی یک اسید آمینه به طو متوسط 110 باشد وزن مولکولی پروتئین ها بین 10000 تا 300000 می باشند ( دالتون = وزن برابر یک اتم هیدروژن)
نقش پروتئین ها بسیار متقاوت است : به عنوان آنزیم ، منابع ذخیره کننده نیتروژن برای واکنش های بیولوژِکی ، هورمون ها ، اتصال دهنده مثل هموگلوبین ، آنتی بادی ها و ... . تعداد پیوند های پروتئین بستگی به تعداد اسید های آمینه داشته و n-1 می باشد .
چنانچه تعداد اسید های آمینه کمتر از 10 باشد به آن الیگو پپتید و اگر بیش تر از 101 تا باشد به آن پلی پپتید گویند .
ساختمان پروتئین ها :
فعالیت اصلی پروتئین وابسته به ساختمان فضایی آن هاست *
چهار ساختمان فضایی برای پروتئین ها در نظر گرفته شده است .
1- ساختمان اول پروتئین Primary Protein Structure
در حقیقت ترتیب قرار گرفتن اسید آمینه در زنجیر پروتئین است . در جقیقت اسید های آمینه بر مبنای پیش نوشته ای که مواد شیمیایی سلول را تعیین می کند به زنجیر پروتئینی می چسبد . حال چنانچه جای یک اسید آمینه در زنجیر عوض گردد خاصیت آن پروتئین از بین می رود .
البته در برخی از پروتئین ها باند های دی سولفیدی Disulphide بین سیستئین یک زنجیر با سیستین زنجیر مجاور نیز صورت می گیرد . که این ؟؟؟؟؟؟ اسید آمینه سیستین را به نام Cystin گویند .
برای تعیین ساختمان اول پروتئین ، ابتدا آن را خالص و سپس از طریق کروماتوگرافی و الکتروفورز ( میدان الکتریکی) اسید آمینه ی آن را مشخص می کنند.
ساختمان دوم پروتئین :
در حقیقت نشان دهنده ی شکل فضایی یک پروتئین است . به طوری که باند پپتیدی می تواند معین شود و ممکن است به دو شکل مارپیچ و پله ای در آید . در این وضعیت پیوند های هیدروژنی بین اتم های هیدروژن موجود در NH2 و C=O بوجود می آید. هر چند که پیوند های هیدروژنی بسیار ضعیف هستند ولیکن باعث بوجود آوردن شکل خالص ساختمان دوم پروتئین ها می شود .
در برخی اوقات پیوند های هیدروژنی در گروه های نزدیک به یکدیگر صورت می گیرد و منجر به بوجود آوردن Helix شده که به آن آلفا هلیکس گویند. در این گونه فرم ها 3.6 اسید آمینه در هر چرخش وجود دارد که هر کدام 0.54 نانو متر جا در زنجیر اشغال می کند . برخی از پروتئین ها همچون پروتئین های موجود در سم و پشم و مو به صورت Helix هستند . نوع دیگر که به نام β-phated sheet (صفحه چین خورده) معروف است به دلیل پیوند های هیدروژنی بین گروه های پپتیدی حاصل شده و بسیار قوی هستند . این گردش یا چین خوردگی ها ممکن است راست گرد یا چپ گرد باشند .
- ورقه بنای چین دار آنتی پارالل بوده به طوریکه زنجیره پلی پپتیدی در کنار هم قرار گرفته و در جهت مخالف یکدیگر ادامه می یابد.
- پیوند های هیدروژنی بین گروه های NH و C=O زنجیر جانبی موجب استحکام ساختمان می شود .
- گروه های R در پایین و بالای ورقه قرار می گیرند .
مثال مهم آنتی پارالل ، ابریشم است .
آنتی پارالل موازی و در جهت مخالف یکدیگر (مثل بالا) ترمینال N با ترمینال C)
کراتین ها دو نوع هستند
1- آلفا کراتین : رشته ای غیر محلول در آب ، منشا حیوانی دارند ، مثل پشم ، فلس مو و ناخن و سم و ابریشم و شاخ . این کراتین ها سخت و شکننده بوده مثل ناخن شاخ و درصد سیستئین در آن ها بالاست (22% کل اسید آمیه ) . نوع دیگر کراتین های آلفا فرم قابل انعطاف مثل پوست و مو پشم اند که درصد سیستئین آن ها 10 تا 14 % است .
2- کراتین های بتا : ساختمان آن ها صفحات چین دار است . فاقد سیتین و سیستئین بوده و از اسید های آمینه ای که کربن جانبی آن ها کوچک است تشکیل شده است . به خصوص گلایسین ، آلانین ، سرین مثل تار عنکبوت و تار کرم ابریشم ، فلس ، چنگال و منقار پرندگان ( فاقد پیوند های دی سولفیدی است)
مهمترین تفاوت بین کراتین های آلفا و بتا این است که کرایتن های آلفا در مقابل حرارت و رطوبت کش می آورند و بلند می شوند و در اثر سرما منقبض می شوند و به حالت قبل باز می گردند ولیکن در نوع بتا این گونه نیست
3- ساختمان سوم پروتئین ها
با طولانی شدن زنجیر پروتئینی و وجود اسید آمینه ای همچون پرولین خمیدگی در زنجیر حاصل می شود که در مجموع پروتئین ساختمان کروی به خود می گیرد . خمیدگی در قسمت های مختلف یک زنجیر سبب نزدیک شدن گروه های جانبی R شده و سبب تشکیل پیوند های هیدروژنی ، یونی ، هیدروژنی و دی سولفیدی ( در نتیجه نزدیک شدن اسید آمینه سیستین یه یکدیگر ) حاصل می شود و به ساختمان سوم پروتئین پایداری بیشتری می دهد . میو گلوبین که پروتئین رنگی با یک حلقه هم است و اتصال اکسیژن در عضلات را بر عهده دارد از یک زنجیر پپتیدی با ساختمان سوم تشکیل شده .
پایداری ساختمان سوم به 5 دلیل است :
1- پیوند هیدروژنی بین گروه های پپتیدی
2- پیوند هیدروژنی بین گروه های R
3- کشش های هیدروفوبیکی بین گروه های جانبی غیر قطبی
4- پیوند های یونی (الکترواستاتیکی) بین گروه هایی که دارای بار مثبت و منفی هستند
5- پیوند های دی سولفیدی
ساختمان چهارم :
برخی از پروتئین ها بیش از یک زنجیر پلی پپتیدی دارند . هموگلوبین 4 زنجیر ، کلاژن 3 زنجیر و علاوه بر آن ممکن است برخی از پروتئین ها دارای یک گروه Prostheic هم باشند که اسید آمینه نباشد ولیکن برای فعالیت آن پروتیئن مورد نیاز و ضروری باشد . گروه های Prostheic ممکن است کربوهیدرات یا متان هم باشد .
به طور کلی ریشه های R زنجیر های پلی پپتیدی بین هم از طریق پیوند های ضعیف شیمیایی به یکدیگر متصل و در کنار هم قرار گیرند و تفاوت آن با ساختمان نوع سوم این است که در ساختمان نوع سوم پیوند های ضعیف بین ریشه های R یک زنجیر پلی پپتیدی صورت می گرفت ولی در ساختمان نوع چهارم این پیوند های بین دو زنجیر R جداگانه می باشد .
طبقه بندی پروتئین بر مبنای شکل :
الف – پروتئین های فیبری Fibrous protein
از مهمترین پروتئین های حیوانی بوده که غیر محلول و مقاوم به هضم آنزیم های پروتئولیتیک می باشند . این پروتئین در ساختمان پشم و مو و سم و بافت های اتصال دهنده ،ناخن و استخوان ها وجود دارد .
1- Collagen در بافت های پیوندی وجود دارد و در آب غیر محلول و مقاوم به آنزیم هاست و در اثر حرارت دادن در آب جوش تبدیل به ژلاتین شده ، 30% از پروتئین های پستاندارن از کلاژن هاست . سولفور آن ها کم است زیرا اسید آمینه گوگرد دار و تریپتوفان ندارند .
2- Elastine در رباط ها و سایر بافت های ارتجاعی وجود دارد ولیکن تبدیل به ژلاتین نمی شوند.
3- Keratine پروتئین موجود در مو ، پشم و سم و ناخن بوده و اسید آمینه گوگرد دار بلاخص سیستین دارد . مو حاوی 14% سیستین است
4- Miosin و Actine
5- Fibronogene
ب – Gloubular protein ( پروتئین های کروی)
در آب املاح نمکی ضعیف ، اسید ها ، باز ها ، اتانول محلول بوده و شامل آنزیم ها و پروتئین های اتصال دهنده اکسیژن ، هورمون ها و ... می باشد .
1. Albumins در آب محلول و در حرارت لخته می شود ، آلبومین تخم مرغ ، آلبومین سرم خون
2. Gloubuline بخشی محلول در آب و بخشی غیر محلول است ولیکن با افزودن کلرور سدیم به میزان اندک حلالیت افزایش می یا بد. از مهمترین آن ها ایمنو گلوبولین ، گلوبولین های عضله ، گلوبولین های دانه های گیاهی
3. Histone در آب محلول و به هنگام هیدرولیز مقداری آرژنین ، لایزین به دست می آید. هیستون ها از پانکراس و تیموس حیوانات قادر به جدا شدن می باشد.معمولاًهیستون ها همراه با ترکیب DNA وجود دارد .
4. Protamins وزن مولکولی کم ، همراه با اسید های نئوکلیک و فاقد گوگرد هستند میزان در آن ها بالاست زیرا آرژنین آنها زیاداست فاقد تیروزین و تریپتوفان می باشد.
پروتئین های مرکب Conjugated group
در این گروه Prosthetic group وجود دارد .
1- نوکلئوپروتئین nucleoprotein : پروتئین باند شده با اسید نوکلئک
2- Mueoprotein پروتئین باند شده با کربوهیدرات ها مثل موسین
3- Chromoproteins پروتئین های رنگی مثل سیتوکروم Cytochrome که در اکسیداسیون و احیا شرکت دارند . کاتالازها و پراکسیدازها که باعث تجزیه H2O2 می شود . هموگلوبین که حمل اکسیژن از خون به بافت ها را بر عهده دارد (hemoprotein) در هموگلوبین زنجیر های پلی پپتیدی به نام هم Heme متصل است که هم حاوی چهار هسته هتروسیکلیک ازت دار که به نام پرول نامیده می شود متصل است.
حلقه تتراپرول فاقد آهن پورفیرین نامیده می شود Porphyrin . اگرآهن دو ظرفیتی اکسیده شود به آهن سه ظرفیتی تبدیل شود به آن مت هموگلوبین گویند . **
4- Glycoprotein پروتئین های حاوی کربوهیدرات من جمله آلبومین
5- Lipoprotein در آب محلول و با لیپید باند شود . لسیتین Lecithin ، کلسترول Cholestrol
6- فسفوپروتئین ها
7- Flavoproteins
خصوصیت پروتین ها properties of protein
بیشتر پروتئین ها در آب محلول یا در املاح نمکی حل می شوند ولیکن در مجاورت اسید های آلی دناتوره می شوند . البته برخی از پروتئین ها در حلال های آلی نیز حل می شوند که از آن برای طبقه بندی پروتئین ها مورد استفاده قرار می گیرد . 100 سال است که پروتئین ها را بر اساس حلالیت آنها تقسیم بندی نموده اند .
آلبومین ها Albomine در آب محلول و در محلول های نمکی نیز محلولند .غالباً به شکل کروی بوده و شامل اغلب آنزیم ها می باشند .
گلوبولین Globuline در آب محلول و در محلول های نمکی غیر محلول اند . مشابه آلبومین بوده و منابع ذخیره ای پروتئین در لگوم ها و یولاف می باشند .
گلوتلین Gluteline در آب غیر محلول می باشد و در اسید و باز محلول . آنزیم ها ی غیر محلول ، پروتئین های ریبوزوم و پروتئین دانه برنج
پرولامین Prolamine در آب غیر محلول بوده ولی در اتانول 70 تا 90 درصد محلول است. پروتئین ذخیره ای در ریشه دانه های غلات باستثناء یولاف و برنج
عواملی که بر روی ثابت انحلال پروتئین ها تاثیر دارند
PH ، قدرت یونی ، خواص دی الکتریک حلال ، حرارت
-PH انحلال بیشتر پروتئین ها ی کروی تحت PH سیستم قرار دارد. به عنوان مثال قابلیت انحلال بتالاکتوگلوبولین (یکی از پروتئین ها یشیر) در PH=5.2 از کمترین مقدار برخوردار است . ولی با تغییر PH قابلیت انحلال آن سریعاً افزایش می یابد چون از نقطه ایزوالکتریک دور می شود. در PH ایزوالکتریک مولکول ها دارای بار خاصی نبوده و هیچ نیروی الکترواستاتیکی وجود ندارد که آنها را از هم دفع کند به همین دلیل مولکول ها میل به تجمع در رسوب دارند ولی با تغییر PH ایزوالکتریک ایجاد بار شده و مولکول های پروتئین همدیگر را دفع می کنند.
قدرت یونی :
نمک های خنثی در قابلیت انحلال پروتئین های کروی بسیار موثرند. بعبارتی بیشتر پروتئین ها در آب خالص کاملاً نامحلول هستند ولیکن با افزودن مقدار کمی املاح غیر آلی میزان حلالیت پروتئین افزایش می یابد ولیکن چنانچه مقدار زیادی از این املاح افزوده شود محلولیت پروتئین ممکن است کاهش یابد. این پروسه را به ترتیب Salting in و salting out گویند.
مهمترین فاکتوری که بر روی محلولیت پروتئین تاثیر می گذارد قدرت یونی محلول است تا غلظت نمک . قدرت یونی به صورت زیر تعریف می شود
Ci = غلظت یون و Zi = بار الکتریکی یون
خاصیت دی الکتریکی : افزودن برخی از حلال های آلی مثل اتانول و استون می تواند قابلیت انحلال پروتین را کاهش داده و آن ها را رسوب دهد . چون ثابت دی الکتریک اتانول و استون پایین تر از آب است افزودن آن ها به محلول آبی منجر به کاهش نیروی جاذبه بین بارهای مخالف شده و موجب کاهش یونیزاسیون گروه های R می گردد.
اثر حرارت تاحدی با افزایش حرارت می توان انحلال پروتئین را افزایش داد . در دمای بیش از 50 درجه بیشتر پروتئین ها دناتوره می شوند . تمامی پروتئین ها در درجه حرارت های پایین پایدارند.
آنزیم ها Enzymes
آنزیم ها مولکول هایی هستند که واکنش های بیو شیمیایی را کاتالیز می کنند . آن ها بر روی Substracte خود عمل نموده و آن ها را به Product تبدیل می کنند. در طی این واکنش این ترکیبات تغییر فیزیکی یافته ولی پس از انجام واکنش به شکل اولیه خود باز می گردند.
آنزیم ها ویژگی های خاصی دارند که عبارتند از :
- آن ها ضمن این که موجب واکنش هایی بر روی Substract خود می شوند ولی نهایتاً به صورت غیر تغییر شکل یافته در محیط باز می گردند
- سرعت واکنش ها را صد ها یا میلیون ها بار افزایش می دهند
- آن ها هر چند که موجب افزایش سرعت واکنش ها می شوند ولیکن موجب بروز واکنش هایی که امکان پذیر نیست نمی شوند
- آنزیم ها اختصاصی عمل می کنند . به طوری که روی سوبسترای خاصی عمل نموده و غالباً سوبسترا را به محصول با 100% Efficiency تبدیل می کنند.
Type of Reaction Catalysed By Enzymes
هر چند که هزاران واکنش مختلف توسط آنزیم ها صورت میگیرد ولیک آن ها را به 6 نوع تقسیم بندی می کنند :
1- اکسیدو ردوکتاز ها Oxidoreductase اکسیداسیون و احیا
دی هیدروژناز انتقال هیدروژن از سوبسترا به NAD
ردوکتاز ها اضافه کردن هیدروژن به سوبسترا
اکسیداز ها انتقال هیدروژن از سوبسترا به اکسیژن
2- Transferase انتقال یک گروه شیمیایی از مولکولی به مولکول دیگر
فسفریلاز ها اضافه کردن ارتوفسفات به سوبترا
ترانس آمیناز ها انتقال NH2 از سوبسترایی به سوبسترای دیگر
کیناز ها انتقال فسفات از ATP به سوبسترا
3- Hydolases شکستن پیوند ها به وسیله افزودن آب
فسفاتاز برداشتن عامل فسفات از سوبسترا با شکستن پیوند آن
پپتیداز شکستن پیوند پپتیدی
4- Lyases برداشتن گروه ها از سوبسترا بدون هیدرولیز آن
دی کربوکسیلاز برداشتن CO2 از سوبسترا
5- Isomerase تغییر جای اتم های یک مولکول ( تبدیل ایزومری به ایزومر دیگر)
6- Lyases تشکیل پیوند های جدید با استفاده از انرژی حاصل از شکستن ATP
سنتتاز پیوستن دو مولکول به یکدیگر
واکنش های آنزیماتیک 3 مرحله هستند :
مرحله اول : آنزیم ها با سوبسترا باند شده و تولید کمپلکس را می نماید
گروهی از اتم ها در سطح مولکول های آنزیم با قسمت خاصی از مولکول سوبسترا باند می شود . قسمتی از آنزیم که با سوبسترا باند می شود به نام Active Site نامیده می شود .
باند شدن آنزیم به سوبسترا ممکن است از طریق باند های یونی یا باند های هیدروفوبیکی ، هیدروژنی و ... صورت گیرد
مرحله دوم :
بوسیله گروه های مشخصی در سطح آنزیم ، سوبسترا به پروداکت تبدیل و کمپلکس آنزیم –پروداکت حاصل می شود
مرحله سوم : پروداکت از آنزیم جدا می شود
ساختمان آنزیم ها
آنزیم ها ساختمان پروتئینی دارند و برخی از پروتئین های ساده ساخته شده اند . فعالیت این نوع از آنزیم ها وابسته به ساختمان پروتئینی آن هاست . برخی دیگر برای انجام فعالیت نیاز به کاتالیزور دارند که به آن ها آنزیم های مرکب می گویند.
برخی از آنزیم ها ی ساده هنگام تولید غیر فعال هستند (زیموژن) و لذا برای فعالیت نیاز به برداشتن عامل باز دارنده آن هاست. مثل پپسینوژن که پیش ساز پپسین است و در محیط اسیدی معده HCl روی پپسینوژن اثر نموده و آن را به صورت پپسین فعال در می آورد .
در آنزیم های مرکب قسمت پروتئینی را آپو آنزیم و قسمت غیر پروتئینی را کوفاکتور می گویند.
کوفاکتور ها دو نوعند :
- کوفاکتور هایی که دارای یون قوی می باشند : K+,Na+,Fe++,Cu++,Mn++,Mg++,Zn++
- کوفاکتور هایی که از مولکول های آلی تشکیل شده اند .
Factors affecting the rate of E-Catalysed Reaction
سرعت واکنشی که آنزیم می تواند سوبسترا را به Product تبدیل کند وابسته به فاکتور های متعددی است . بحث این مطالب به عنوان Enzyme Kinetic معروف است . همانگونه که اشاره شد آنزیم ها می توانند سوبسترا را به پروداکت و پروداکت را به سوبسترا تبدیل کنند . سرعت پروداکت حاصل زمانیکه آنزیم و سوبسترا با هم مخلوط می شود به نام سرعت اولیه واکنش (V0) نامیده می شود و سرعت انجام واکنش های بعدی تحت تاثیر عوامل متعددی قرار می گیرد که عبارتند از :
-Enzyme concentrate
- Substrate Concentrate
- PH
- Presenc of inhibitores
- persenc of Co-factores
Enzyme concentrate
تحت شرایط طبیعی سرعت اولیه واکنش (V0) مستقیماً تحت تاثیر غلظت آنزیم قرار می گیرد . تا زمانی که مقدار سوبسترا از حد معینی کمتر نشده باشد هر چه غلظت آنزیم زیاد شود ، سرعت واکنش آنزیم افزایش می یابد
ولیکن اگر غلظت آنزیم بیشتر از حد نیاز سوبسترا باشد ، به دلیل کمبود سوبسترا دیگر سرعت واکنش افزایش نمی یابد.
Substrate concentrate
چنانچه غلظت آنزیم ثابت باشد ولیکن به تدریج غلظت سوبسترا افزایش یابد ، سرعت واکنش افزایش می یابد و این عمل تا حد معینی رخ می دهد تا زمانی که پس از افزودن سوبسترا تغییری در سرعت واکنش بروز نکند. در این حالت است که تمامی آنزیم موجود در محیط به حال ترکیب با سوبسترا در می آیند .
توضیح منحنی :
با ثابت بودن E و افزایش غلظت سوبسترا سرعت واکنش سریعاً افزایش می یابد در این حالت فاز 1 تمامی سایت های فعال آنزیم هنوز اشباع نشده اند ولیکن در فاز 2 با افزایش غلظت مولکول های سوبسترا ، سایت های آنزیم بیشتر پوشیده شده و اشباع می گردند و دیگر محلی برای باند شدن وجود ندارد. و آنزیم با ظرفیت کامل فعالیت می کند و چون دیگر آنزیم سایت فعالی ندارد سرعت واکنش ثابت می ماند.
PH:
اغلب آنزیم ها در یک PH خاصی دارای فعالیت هستند به عنوان مثال پپسین در PH=2 و Alkalin phosphat در PH=10 به حداکثر فعالیت خود می رسند.
با تغییرات PH ترکیب پروتئینی آنزیم به هم خورده و فعالیت آن آنزیم مختل می شود . معمولاً اغلب آنزیم ها در PH بین 5 تا 7 فعالیت می کنند ، به خصوص آنزیم های دستگاه گوارش.
درجه حرارت
معمولاً واکنش های شیمیایی تحت تاثیر حرارت تسریع می یابد ولیکن افزایش حرارت موجب دناتوره شدن ترکیب پروتئینی آنزیم می گردد. میزان واکنش های بیو شیمیایی به ازاء هر 10 درجه دو برابر می شود ولی چون درجه حرارت باعث از بین رفتن پروتئین می شود در دما های بالا این قانون صادق نیست.
به طوری که نقش آنزیم کم کردن انرژی فعال کننده است.
انرژیِ فعال کننده عبارت است از انرژِی که در حالت عادی به محیط داده می شود تا واکنشی صورت پذیرد . مثلاً خیلی از ترکیبات با اکسیژن ترکیب شده و می سوزند ولی در حالت عادی این عمل صورت نمی گیرد و ضروری است به آن انرژی داده شود مثل آتش زدن که موجب می شود تا پیوند های کربن سست شود و راحت تر بسوزد و انرژی بیشتری تولید کند. این انرژی اولیه را انرژی فعال کننده گویند. در بیوشیمی آنزیم ها نقش همین انرژی فعال کننده را دارند و بدون اینکه انرژی فعال کننده به محیط داده شود واکنش صورت می گیرد .
Presenc of inhibitores
ممانعت کننده ها ( باز دارنده ها ) ترکیباتی هستند که موجب کاهش فعالیت آنزیم ها می شوند چون محل تماس سوبسترا با سایت های فعال آنزیم بسیار خاص می باشد ممانعت کننده ها به طرق مختلف عمل می کنند .
بر مبنای این که ممانعت کننده ها به چه طریقی عمل می کنند آن ها را به دو گروه عمده Revesible برگشت پذیر و inversible یا برگشت ناپذیر تقسیم می کنند .
در برگشت پذیر ها با برداشتن عامل ممانعت کننده از محیط منجر به فعال شدن آنزیم می گردد به عنوان مثال ممانعت کننده های برگش پذیر به دو دسته ممانعت کننده های رقابتی و غیر رقابتی تقسیم می شوند. (Competitive inhibitores, non-competitive inhibitores)
ممانعت کننده های رقابتی
این نوع ممانعت کننده به محل سایت فعال آنزیم چسبیده و مانع اتصال سوبسترا به آنزیم می شوند. اتصال آنزیم به سوبسترا یا ممانعت کننده بستگی به Affinities آنزیم با سوبسترا و ممانعت کننده و نیز غلظت نسبی آن ها دارد .
افزودن مقدار بیشتری از سوبسترا باعث می شود که سوبسترا بیشتری به آنزیم بچسبد لذا Vmax تغییری نخواهد کرد. ولیکن سوبسترای بیشتری مورد نیاز خواهد بود . در واقع 3 عامل غلظت سوبسترا و غلظت مهار کننده و شباهت سوبسترا به مهار کننده مهم است .
در نتیجه باند شدن اسید مالونیک با آنزیم سوکسینیک دی هیدروژناز ، اسید سوکسینیک نمی تواند به اسید فوماریک تبدیل شود و واکنش مختل می شود که با افزودن سوبسترا این مسئله بر طرف می گردد.
ممانعت کننده های غیر رقابتی
این مهار کننده ها ممکن است هیچ گونه شباهتی با سوبسترا نداشته باشد و حتی غلظت آن ها بسیار کمتر از سوبسترا باشد ولیکن مانع فعالیت آنزیم می شود . دلیل ممانعت آن ها اتصال این ممانعت کننده ها به دلیل چسبیدن آن ها به قسمتی غیر از سایت فعال آنزیم بوده و سبب مختل نمودن فعالیت آنزیم می شوند. مثلاً در متابولیسم قند ها گلیسرآلدئید 3 فسفات که تحت تاثیر آنزیم تریوزفسفات دی هیدروژناز تبدیل به اسید 3 فسفو گلیسریک می شود .
** **
چنانچه یدواستامید Iodoacetamid در محیط اضافه شود این ماده با آنزیم فوق باند شده و متابولیسم قندها مختل می شود.
با اطلاعات به دست آمده از این مکانیزم ها در عمل بسیاری از دارو ها استفاده می شود. زیرا اثر ممانعت کننده بر روی برخی از آنریم های بافتی دارد مثلاً پنی سیلین بر روی آنزیم ها ی سازنده دیواره سلولی میکروارگانیسم اثر نموده و سنتز آن ها را بلوکه می کند.
Irrevisible inhibitore ممانعت کننده های رقابت ناپذیر
این نوع مهار کننده ها به دو شکل عمل می کنند یا این که پیوند های بسیار محکم و کووالانسی با سایت فعال آنزیم ایجاد می نمایند و یا این که به مجموعه ی آنزیم ، سوبسترا ترکیب و از تشکیل مجدد آن جلوگیری می کند.
**
برخی از مهار کننده هایی وجود دارند که غلظت خودشان را تنظیم می کنند . به طوری که آنزیم با سوبسترا ترکیب و تولید پروتئین می نماید حال چنانچه پروتئین تولید شده زیاد باشد خود محصول با آنزیم ترکیب شده و از باند شدن مجدد آنزیم و سوبسترا جلوگیری می کند ، اگر محصول کم شد یا مصرف شد کمپلکس آنزیم پروداکت شکسته و دوباره آنزیم با سوبسترا ترکیب می شود .
بعضی از ممانعت کننده ها تاثیر بسیار ی بر روی دام و گیاه دارند . برخی بسیار سمی بوده و برخی به صورت انتخابی عمل می کنند و برای واکنش ها ی مختلف منجمله به عنوان کنترل حشرات و بیماری ها مورد استفاده قرار می گیرند .
حشره کش ها :
حشره کش ها مانع بروز بسیاری از بیماری های حیوانی گیاهی و انسانی می گردند . برخی از آن ها از طریق تاثیر بر روی سیستم عصبی عمل می کنند ، بالاخص سیستم عصبی حشرات و روی آنزیم خاصی عمل نموده و مانع فعالیت آن آنزیم می شوند . سلول های عصبی از رشته های سلولی بلندی به نام Axon تشکیل شده اند که امواج عصبی از طریق تغییر در یون ها در طی آن جریان می یابند و در انتهای هر آکسون ، پیام به سلول بعدی از طریق Synoptic Junctions منتقل می شود . این سیناپس ها در انتهای هر فیبر عصبی تولید ترکیبی به نام استیل کولین Acetyl coline می نماید که موجب ادامه انتقال امواج عصبی در رشته عصبی بعدی می شود. استیل کولین تولید شده وارد سلول بعدی نمی شود بلکه با پروتئینی در سطح سلول باند می شود . زمانیکه سلول بعدی جواب داد ، استیل کولین بایستی در سلول اولی از بین برود تا سلول دوم بتواند امواج را منتقل نماید . آنزیمی که استیل کولین را از بین می برد به نام استیل کولین استراز Acetyl colin esterase نامیده می شود . چنانچه این آنزیم توسط یک ممانعت کننده غیر فعال شود غلظت استیل کولین زیاد شده و امواج عصبی غیر کنترل خواهند شد. حشره کش ها ی فسفر دار آلی با سایت فعال استیل کولین استراز باند شده و مانع فعالیت آنزیم می شوند .
حشره کش ها :
Carbomate ساختمانی
کاملاً شبیه به استیل کولین دارد و لذا به سایت فعال استیل کولین استراز باند شده و به عنوان ممانعت کننده رقابتی عمل می کند.
هر دو ی این مواد بر روی سیستم عصبی تاثیر گذاشته و عمل آن را مختل می کند و موجب مسمومیت عدم کنترل عضلات می شود لذا بایستی از این حشره کش ها به دقت استفاده شود تا برای انشان خطر بوجود نیاورد و بیشتر برای حشرات سمی باشد . از برخی از این حشره کش ها برای حمام دادن گوسفندان استفاده می شود . کشاورزانی که با این گونه حشره کش ها تماس زیادی دارند دچار مشکلات سلامتی می شوند .
برخی از این سموم فسفر دار آلی که بی نهایت سمی هستند به عنوان گاز های شیمیای در جنگ ها استفاده
می شوند .
علف کش ها : Herbicides
بسیاری از علف کش ها وجود دارند که ممانعت کننده آنزیمی هستند یکی از آن ها Glyphosphate (گلای فسفات) است که بر روی آنزیم خاصی که سیکل Shikimic Acid دخالت دارد ، تاثیر می گذارد. این سیکل در حیوانات وجود ندارد در گیاهان و باکتری ها اسید های آمینه آروماتیک ( تریپتوفان ، فنیل آلانین و تیروزین) از طریق این سیکل سنتز می شوند . بدون وجود این اسید های آمینه گیاه قادر به سنتز پروتئین نخواهد بود و خواهد مرد . این ماده ساختمانی مشابه با فسفوانولپیرووات داشته و با EPSP سنتتاز به رقابت می پردازد .
علف کش های دیگری وجود دارند به عنوان مثال ماده ای که با آنزیم Acetoxy acid Synthetase باند می شود که برای سنتز اسید های آمینه با زنجیر جانبی ضروری است . از مهمترین این علف کش ها TriazoloPyrimidines , Imidiazolinanes , Sulphorylureas می باشند . همانند اسید های آمینه آروماتیک ، اسید های آمینه با زنجیر جانبی در حیوانات سنتز نمی شوند زیرا فاقد آنزیم برای تولید این مرحله هستند . لذا این علف کش ها بر روی دام اثر ندارند و معمولاً اثر سمی کمی بر روی حیوانات و بشر دارند .
دارو ها :
Sulphonamides دارو ها یی هستند که با (Pound P-aminobenzoic acid) PABA که در ساختمان اسید فولیک نقش دارد رقابت می کنند . این ترکیبات از سنتز اسید فولیک جلوگیری می کنند . حیوانات بزرگ
نمی توانند اسید فولیک را سنتز کنند و بایستی به عنوان ویتامین در جیره ی غذایی آن ه
آمار مطالب
آمار کاربران
کاربران آنلاین
آمار بازدید
آمار
وب سایت:
عضویت سریع
