background image

 
 
 


 

Amino acids, peptides and proteins 

 

Amino acids: Carboxylic acids with an α–amino group 
Peptides: consists of few linked amino acids 
Proteins: composed of α–amino acids 
The amino acids obtain from protein hydrolysis are:  
 α -amino acids 
Optically active (except glycine) 
Have the L- configuration relative to glyceraldehyde 

 

 

                                                

     

 

 

 


background image

 
 
 


 

20 amino acids are comely found in proteins 

12 can be synthesized in the body 

8 (essential amino acids) cannot be synthesized in the 

body, and must be obtain from the diet in the form of 

proteins 

A three  letter abbreviation is used when writing the 

formulas of peptides 

A one letter abbreviation is used to describe the amino 

acid sequence in a protein 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 


 

 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 


 

 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 


 

 

 

 

Removal of a water molecule 

formation of the peptide 

 
 

 

 

 

 
 

This general formation of 
peptides or proteins

 

 

 


background image

 
 
 


 

 

 

 

The acid base properties 
of amino acids 

 


background image

 
 
 


 

 

COOH (acidic group)     NH2(basic group) 

Amino acids are better represented by a dipolar ion 
structure (Zwitterions) 

 

 

 

 

 

 

 

 

•  Starting with alanine hydrochloride (its structure 

at low PH in hydrochloric acid is shown in Figure) 

,write equation for its reaction with one equivalent 

of sodium hydroxide and then with a second 

equivalent of sodium hydroxide.  

 

 

 


background image

 
 
 


 

 

 

 

 

Amino acids in electric fields 

• 

Isoelectric point

: is the pH at which the amino acid 

will be dipolar and have a net charge equal to zero. 
It will not move toward either electrode 

 

• 

Electrophoresis 
Electrophoresis:

 is a method for separating amino 

acids and proteins based on their charge differences 

•  Example 

•  pI for aspartic acid 3.0                                                        

pI for alanine 6.0 

• 

                                                      At pH 5

 

•  Aspartic acid is negative                                                    

alanine is positive 


background image

 
 
 

10 
 

•  So they can be separated 

•  Problem 

•  Glycine and lysine at pH 7 

•  Phenylalanine, leucine and proline at pH 6  

 

Separation of proteins 

 
 
 
 


background image

 
 
 

11 
 

 

Reaction of Amino Acids 

In addition to their acidic and basic behavior amino acids 
undergo other reactions typical of carboxylic acids or 
amines  for example, the carboxyl group can be 
esterified: 

 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 

12 
 

 

 

The amino group  can be acylated to an amide 

 

 

 

Mechanism 

 


background image

 
 
 

13 
 

 

 

These types of reactions are useful in temporarily 
modifying or protecting either of the two functional 
groups, especially during the controlled linking of amino 
acids to form peptides 

Type equation here.

 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 

14 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EXAMPLE: 

Write the dipeptide structures that can be made by 
linking alanine and glycine  

SOLUTION   There are two possibilities: 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 

15 
 

Peptide synthesis  

linking amino acids in a controlled manner

 

 


background image

 
 
 

16 
 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 

17 
 

 

Gly-Gly                                                               Ala-Ala 

 

 

 

 

 

Gly -

Ala    

                                                                                                      

 Ala-

Gly

 

 

Peptide synthesis linking amino acids in a controlled 
manner 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 

18 
 

Oxidation and reduction 

Aside from the peptide bond, the only other type of 
covalent bond between amino acids in peptides and 
proteins is the disulfide bond. It links two cysteine units. 
Recall that thiols are easily oxidized to disulfides in    (eq.) . 
two cysteine units can be linked by disulfide bond. 

 

Proteins 

• 

Proteins are major components of

• 

Structural tissues 

(muscle, skin, nails, hair) 

• 

Transport molecules 

(Hemoglobin) 


background image

 
 
 

19 
 

• 

Enzymes

 (biological catalysts) 

• 

Structure of Peptides and Proteins

• 

Primary structure

: Amino acids and sequence 

• 

Secondary, tertiary 

and quaternary structures:  

• 

three dimensional 

aspects of the structure 

 

The primary structure 

•  The backbone of proteins is a repeating sequence 

of one nitrogen and two carbon atoms 

 

 

Hydrolysis of proteins and peptides (6 M HCl at 110 oC for 24 
hours)

 

Amino acid analyzer

 


background image

 
 
 

20 
 

 

• 

Sequence Determination

 

Sanger’s reagent is:

 

2,4dinitrofluorobenzene which 

reacts with the NH2 group of amino acids and peptides 

to give yellow 2,4-dinitrophenyl (DNP) derivatives

 

 

 

 

 

 

 

 

2,4dinitrofluorobenzene           N-terminal                            DNP-peptide, labeled 

Edman’s reagent

 


background image

 
 
 

21 
 

A reagent that clips off just one amino acid at a time 
from the end of the chain  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

phenyllthiohydantion                         the next amino acid to be removed when the step sequence 

N-terminal amino acid 

 

Mechanism  


background image

 
 
 

22 
 

 

 

 

C-terminal amino acid

 


background image

 
 
 

23 
 

 

 

 

 

Cleavage of selected peptide bonds 


background image

 
 
 

24 
 

Proteins containing several hundred amino acid units are 

better cleaved at particular peptide bonds using certain 

chemicals or enzymes, then they 

 
 
 

 

 

 
 

 

EXAMPLE: 


background image

 
 
 

25 
 

Cinsider the following peptide  

 

 

By   referring   top table determine what fragments will be 
obtained when this peptide is hydrolyzed with 

a. trypsin           chymotrypsin           cyanogen    

 

SOLUTION 

a. The enzyme trypsin will   split   the peptide on the 

carboxyl side of lysine to give 
 

 

b. the   enzyme chymotrypsin will split the peptide on the 
carboxyl sides of tyrosine and tryptophan, to give 

 

cyanogen bromide will split the peptide on the carboxyl 
side of methionine, thus splitting off the C-terminal 
glycine and leaving the rest of the peptide untouched. 
(carboxyl peptidase would do the same thing, confirming 
that the C-terminal amino acid is glycine) 

 


background image

 
 
 

26 
 

Insulin 

Insulin (from Latin insula, island) is a peptide hormone produced by beta 
cells 
of the pancreatic islets; it is considered to be the 
main anabolic hormone of the body. It regulates 
the metabolism of carbohydrates, fats and protein by promoting the 
absorption of carbohydrates, especially glucose from the blood 
into liver, fat and skeletal muscle cells. In these tissues the absorbed 
glucose is converted into 
either glycogen via glycogenesis or fats (triglycerides) via lipogenesis, or, in 
the case of the liver, into both.

[6]

 

Glucose production and secretion by the 

liver is strongly inhibited by high concentrations of insulin in the 
blood.

[7]

 

Circulating insulin also affects the synthesis of proteins in a wide 

variety of tissues. It is therefore an anabolic hormone, promoting the 
conversion of small molecules in the blood into large molecules inside the 
cells. Low insulin levels in the blood have the opposite effect by promoting 
widespread catabolism, especially of reserve body fat 

 

 


background image

 
 
 

27 
 

Vasopressin (Antidiuretic Hormone, 
ADH)

 

 

Vasopressin, also called antidiuretic hormone (ADH), arginine vasopressin (AVP)  
or aggression is a hormone 
synthesized as a peptide prohormone in neurons in 
the hypothalamus, 
and is converted to AVP. It then travels down the axon of that 
cell, which terminates in the posterior pituitary, 
and is released from vesicles into 
the circulation in response to extracellular fluid hypertonicity 
(hyperosmolality). 
AVP has two primary functions. First, it increases the amount of solute-free water 
reabsorbed back into the circulation 
from the filtrate in the kidney tubules of 
the nephrons.
 Second, AVP constricts arterioles, which increases peripheral 
vascular resistance 
and raises arterial blood pressure.  

 
 

                 

 

 
 
 


background image

 
 
 

28 
 

Oxytocin

 

 
 
 
To add more amino acids, we must selectively remove 
one of the protecting groups and join the next amino acid 
Oxytocin (prepared by Vincent du Vigneaud – Nobel 
1955) 
Oxytocin produced by posterior pituitary gland. It 
regulates uterine contraction and lactation and may be 
administered when it is necessary to induce labor at 
childbirth 
 

 

 

 


background image

 
 
 

29 
 

Secondary Structure of Proteins

 

Many polymers have been isolated in pure 

crystalline form and are polymers with very well 

defined shapes.  

Geometry of the peptide bond

 

• 

Planar geometry

 

• 

Amide C-N bond (1.32 A) is shorter than 

normal C-N bond (1.47 A)

 

• 

Rotation around the amide bond is restricted 

(double bond character) 

 

 

 

 

 


background image

 
 
 

30 
 

The – α  helix 

 
 
The pleated sheet 
 

The  Pleated   sheet  

 
 
 
 

 


background image

 
 
 

31 
 

 

Tertiary structure: Fibrous and globular proteins 

Three-dimensional structure of the protein which results 
from the: 
 
a)R  groups              b) the disulfide bonds 
For example, turns are found at or near proline 

(No H bonding) 

 

 

 

Proteins 

Fibrous (water insoluble)                                                           Globular (water soluble) 

Keratins (protective   tissues,  hair,  nails)                                   Enzymes, hormones,  

Collagens (connective tissues, blood,   vessels)                     Transport proteins storage protein 

Silks.                                                                                              Polar R groups outside 

 


background image

 
 
 

32 
 

 

Quaternary Protein structure

 

Some high-molecular-weight proteins exist aggregates of several 
subunits these aggregates are referred to as the quaternary 
structure of the protein. Aggregation helps to keep nonpolar 
portions of the protein surface from being exposed to the aqueous 
cellular environment. Hemoglobin, the oxygen -transport protein of 
red cells, provides an example of such aggregation. It consists of four 
almost spherical units, two α  units with 141 amino acids and two β 
unit with 146 amino acids. The four units come together in a 
tetrahedral array, as shown in this figure: 

 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 246 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل