background image

Amino Acids

Objectives: 1. definition

2. Basic structure, Types

3. Essential & Nonessential amino acids

4. Nitogen Balance

5. Basic structure of protein & Types.


background image

Amino Acids

 Amino Acids are the building units of proteins.
Proteins are polymers of amino acids linked together by
what is called

“ Peptide bond”

 There are about 300 amino acids occur in nature. Only
20 of them enter in proteins synthesis.

Structure of amino acids:

Each amino acid has 4 different groups attached to

α-

carbon ( which is C-atom next to COOH). These 4 groups
are : amino group, COOH gp,

Hydrogen atom and side

Chain (R)

R


background image

At physiological PH (7.4), -COOH gp is dissociated
forming a negatively charged carboxylate ion

(COO

-

)

and amino gp is protonated forming positively charged
ion

(NH

3

+

)

forming

Zwitter ion

N.B.

Proline

is an

imino acid

not amino acid (see latter)

Classification of amino acids

I- Chemical classification:

According to number of COOH 

and NH

groups i.e. according to net charge on amino acid.

A- Monobasic& monocarboxylic amino acids i.e. neutral 

or uncharged: 

R


background image

Only L-α amino acid occur in 

proteins 


background image

Subclassification of neutral amino acids: 

1- Glycine

R= H     

2- Alanine

R= CH

3

3- Branched chain amino acids: 

R is branched such as in: 

a - Valine

R= isopropyl gp

b- Leucine

R= isobutyl gp

c- Isoleucine R = is isobutyl

4- Neutral Sulfur containing amino acids:

e.g. Cysteine and Methionine. Cystine,not involved in 
proteins. It is dimer of cysteine linked by S-S bond(oxidized 
form) 

5- Neutral, hydroxy amino acids:

e.g. Serine and Threonine


background image

6- Neutral aromatic amino acids:

a- Phenyl alanine

b- Tyrosine

: - it is P- hydroxy phenyl alanine

c- Tryptophan: 

7- Neutral heterocyclic amino acids:

a- Tryptophan: contains indole ring

b- Proline:

In proline, amino group enters in the ring formation

being α-imino gp so proline is an α-imino acid
rather than α-amino acid


background image

B- Basic amino acids: Contain two or more NH

2

groups or

nitrogen atoms that act as base i.e. can
bind proton.

At physiological pH, basic amino acids will be

positively charged

.

e.g.

a- Lysine

b- Arginine: contains guanido group

c- Histidine:


background image

C

-

Acidic Amino acids: 

at physiological pH will carry negative     

charge.

e.g. Aspartic acid (aspartate) and Glutamic acid (glutamate). see 
structures in hand out.

Aspargine and Glutamine:

They are amide forms of aspartate 

and glutamate in which side chain COOH groups are amidated.
They are classified as neutral amino acids.


background image

II- Classification according to polarity of side chain (R):

A- Polar amino acids: 

in which R contains polar hydrophilic 

group so can forms hydrogen bond with H

2

O. In those amino 

acids, R may contain:

1- OH group : as in serine, threonine and tyrosine

2- SH group : as in cysteine

3- amide group: as in glutamine and aspargine
4- NH

group or nitrogen act as a base (basic amino acids ): as lysine,   

arginine and histidine

5- COOH group ( acidic amino acids): as aspartic and glutamic .

B- Non polar amino acids: 

R is alkyl hydrophobic group which can’t  enter in hydrogen bond 
formation. 9 amino acids are non polar ( glycine, alanine, valine, 
leucine, isoleucine, phenyl alanine, tryptophan, proline and 
methionine)


background image

background image

III- Nutritional classification:

1- Essential amino acids:

These amino acids

can’t be formed

in the body and so, it is essential to be taken in diet. Their
deficiency affects growth, health and protein synthesis.

2- Semiessential amino acids:

These are formed in the body

but not in sufficient amount for body requirements especially
in children.

Summary of essential and semiessential amino acids:

Ten

V= valine

i= isoleucine

l= lysine

l= leucine

A = arginine*

H= histidine*

M= methionine

T= tryptophan

Th= threonine P= phenyl alanine

*= arginine and histidine are semiessential

3- Non essential amino acids:

These are the rest of amino

acids that are formed in the body in amount enough for
adults and children. They are the remaining 10 amino acids.


background image

IV- Metabolic classification: 

according to metabolic or 

degradation products of amino acids they may be:

1- Ketogenic amino acids: 

which give ketone bodies . Lysine

and Leucine are the only pure ketogenic amino acids.

2- Mixed ketogenic and glucogenic amino acids: 

which give 

both ketonbodies and glucose.These are: isoleucine, phenyl 
alanine, tyrosine and tryptophan. 

3- Glucogenic amino acids: 

Which give glucose. They include 

the rest of amino acids. These amino acids by catabolism yields 
products that enter in glycogen and glucose formation. 


background image

Isoelectric point (IEP) =

is the pH at which the zwitter ion is

formed. e.g IEP of alanine is 6


background image

NITROGEN BALANCE

Nitrogen balance  =  nitrogen ingested   - nitrogen excreted

(primarily as protein)   (primarily as urea)

Nitrogen balance = 0  (nitrogen equilibrium)

protein synthesis = protein degradation, as 

in normal healthy adult
Positive nitrogen balance

protein synthesis > protein degradation , as 

during growth, convulaesence, lactation, and pregnancy

Negative nitrogen balance

protein synthesis < protein degradation, as 

during illness, surgery.


background image

peptides and Proteins

20 amino acids are commonly found in protein.
These 20 amino acids are linked together through

“peptide

bond forming peptides and proteins

(what’s the difference?).

- The chains containing less than 50 amino acids are called

“peptides”,

while those containing greater than 50 amino

acids are called

“proteins”.

Peptide bond formation:

α-carboxyl group of one amino acid (with side chain R1)

forms a covalent peptide bond with α-amino group of another
amino acid ( with the side chain R2) by removal of a molecule of
water. The result is : Dipeptide ( i.e. Two amino acids linked by
one peptide bond).

By the same way,

the dipeptide can then

forms a second peptide bond with a third amino acid (with side
chain R3) to give Tripeptide. Repetition of this process generates
a polypeptide or protein of specific amino acid sequence.


background image

Peptide  bond formation: 

- Each polypeptide chain starts on the left side by free amino group of

the first amino acid enter in chain formation . It is termed (N- terminus).

- Each polypeptide chain ends on the right side by free COOH group of

the last amino acid and termed (C-terminus).


background image

Examples on Peptides:

1- Dipeptide

( tow amino acids joined by one peptide bond):

Example:

Aspartame

which acts as sweetening agent being

used in replacement of cane sugar. It is composed of aspartic
acid and phenyl alanine.

2- Tripeptides

( 3 amino acids linked by two peptide bonds).

Example:

GSH

which is formed from 3 amino acids: glutamic

acid, cysteine and glycine. It helps in absorption of amino
acids, protects against hemolysis of RBC by breaking H

2

O

2

which causes cell damage.

3- octapeptides: (8 amino acids)

Examples:

Two hormones; oxytocine and vasopressin

(ADH).

4- polypeptides

: 10- 50 amino acids: e.g. Insulin hormone


background image

Protein structure:

There are four levels of protein structure (primary,
secondary, tertiary and quaternary)

Primary structure:

The primary structure of a protein is its 

unique sequence of amino acids..

The precise primary structure of a 
protein is determined by inherited 
genetic information.

At one end is an amino acid with a free
amino group the (the N-terminus) and at
the other is an amino acid with a free
carboxyl group the (the C-terminus).


background image

High orders of Protein structure

A functional protein is not just a polypeptide chain, but
one or more polypeptides precisely twisted, folded and
coiled 
into a molecule of unique shape (conformation).
This conformation is essential for some protein function
e.g. Enables a protein to recognize and bind specifically to
another molecule e.g. hormone/receptor; enzyme/substrate
and antibody/antigen.


background image

2- Secondary structure: 

Results from hydrogen bond

formation between hydrogen of

–NH

group

of

peptide

bond

and

the

carbonyl oxygen of another peptide
bond. According to H-bonding there
are two main forms of secondary
structure:

α-helix:

It is a spiral structure

resulting

from

hydrogen

bonding

between one peptide bond and the
fourth one

β-sheets:

is

another

form

of

secondary structure in which two or
more polypeptides (or segments of
the same peptide chain) are linked
together by hydrogen bond between
H- of NH- of one chain and carbonyl
oxygen

of

adjacent

chain

(or

segment).


background image

Tertiary structure

is 

determined by a variety of 
interactions (bond formation) 
among R groups and between R 
groups and the polypeptide 
backbone.

a.

The weak interactions 
include: 

Hydrogen bonds among 
polar  side chains

Ionic bonds between                                         
charged R groups ( basic 
and acidic amino acids)

Hydrophobic 
interactions 
among 
hydrophobic ( non polar) R 
groups.


background image

b.

Strong covalent bonds include disulfide
bridges
, that form between the sulfhydryl
groups (SH) of cysteine monomers, stabilize
the structure.


background image

Quaternary structure:

results from the aggregation (combination)

of two or more polypeptide subunits held together by non-covalent
interaction like H-bonds, ionic or hydrophobic interactions.

Examples on protein having quaternary structure:

Collagen is a fibrous protein of three polypeptides (trimeric) that are
supercoiled like a rope.

This provides the structural strength for their role in connective

tissue.

Hemoglobin is a  globular protein with four  polypeptide chains 
(tetrameric)

Insulin : two polypeptide chains (dimeric)


background image

background image

background image

Classification of proteins

I- Simple proteins

:

i.e. on hydrolysis gives only amino acids

Examples: 

1- Albumin and globulins:

present in

egg, milk and blood

They are proteins of high biological value i.e. contain all essential
amino acids and easily digested.

Types of globulins:


background image

.

- Gliadines are the proteins present in cereals.

- Scleroproteins:

They are structural proteins, not digested.

include: keratin, collagen and elastin.

a-

α-keratin:

protein found in hair, nails, enamel of teeth and outer

layer of skin.

• It is rich in cysteine and hydrophobic (non polar) amino acids so

it is water insoluble.

b- collagens:

protein of connective tissues found in bone, teeth,

cartilage, tendons, skin and blood vessels.


background image

• Collagen may be present as gel e.g. in extracellular

matrix or in vitreous humor of the eye.

• Collagens are the most important protein in

mammals. They form about 30% of total body
proteins.

• There are more than 20 types of collagens, the most

common type is collagen I which constitutes about
90% of cell collagens.

• Structure of collagen:

three helical polypeptide

chains (trimeric) twisted around each other forming
triplet-helix molecule.

• ⅓

of

structure

is

glycine,

10%

proline,

10%

hydroxyproline and 1% hydroxylysine. Glycine is
found

in every third position of the chain. The

repeating sequence

–Gly-X-Y-, where X is frequently

proline and Y is often hydroxyproline and can be
hydroxylysine.


background image

Solubility: collagen is insoluble in all solvents and not digested. 

• When collagen is heated with water or dil. HCl it will be

converted into

gelatin

which is soluble , digestible and used

as diet ( as jelly). Gelatin is classified as derived protein.

Some collagen diseases:

1- Scurvy:

disease due to deficiency of vitamin C which is

important coenzyme for conversion of proline into hydroxyproline
and lysine into hydroxylysine. Thus, synthesis of collagen is
decreased leading to abnormal bone development, bleeding,
loosing of teeth and swollen gum.

2- Osteogenesis Imperfecta (OI):

Inherited disease resulting

from genetic deficiency or mutation in gene that synthesizes
collagen type I leading to abnormal bone formation in babies and
frequent bone fracture in children. It may be lethal.


background image

C- Elastin:   

present in walls of large blood vessels (such as 

aorta). It is very important in lungs, elastic ligaments, 
skin, cartilage, .. 

It is elastic fiber that can be stretched to several times as its 
normal length.

Structure: composed of 4 polypeptide chains (tetramer), similar

to collagen being having 33% glycine and rich in
proline but in that it has low hydroxyproline and
absence of hydroxy lysine.

Emphysema:

is a chronic obstructive lung disease (obstruction of

air ways) resulting from deficiency of

α1-antitrypsin

particularly in cigarette smokers.

Role of

α1-antitrypsin

Elastin is a lung protein. Smoke stimulate

enzyme called elastase to be secreted
form

neutrophils

(in

lung).

Elastase

cause destruction of elastin of lung.


background image

α1-antitrypsin

is an enzyme (secreted from liver) and inhibit

elastase and prevent destruction of elastin. So deficiency of

α1-

antitrypsin especially in smokers leads to degradation of lung and
destruction of lung ( loss of elasticity of lung, a disease called
emphysema.

.


background image

- Nucleoproteins: 

These are basic proteins (  e.g. histones) 

conjugated with nucleic acid (DNA or RNA).


background image

5- Metalloproteins: 

These are proteins conjugated with metal 

like      iron, copper, zinc, ……




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 16 عضواً و 207 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