จากลำดับสู่โครงสร้าง: SMILES สูตร และมวลของเพปไทด์และ DNA พร้อมเครื่องมือฟรี

คำศัพท์สำคัญ คำละหนึ่งบรรทัด

จากลำดับเพปไทด์สู่โครงสร้าง

พันธะเพปไทด์แต่ละพันธะปล่อยน้ำหนึ่งโมเลกุล สูตรของเพปไทด์สายตรงจึงเท่ากับผลรวมสูตรของเรซิดิวบวก H₂O หนึ่งโมเลกุลสำหรับปลายอิสระทั้งสอง

ตัวอย่างการนับ GGG: ไกลซีนคือ C₂H₅NO₂ ไกลซีนสามตัวให้ C₆H₁₅N₃O₆ พันธะเพปไทด์สองพันธะเอา 2 H₂O ออก ผลลัพธ์: C₆H₁₁N₃O₄ มวลโมโนไอโซโทปิก 189.0750 Da

ลำดับมีความสำคัญ Asp-Phe (DF) มี NH₂ อิสระบนกรดแอสพาร์ติก ส่วน Phe-Asp (FD) มีบนฟีนิลอะลานีน เป็นโมเลกุลต่างกันที่มีสูตรเดียวกัน

คาร์บอนแอลฟาทุกตัวเป็น L ตามกฎ CIP คือ S สำหรับเรซิดิวมาตรฐานทั้งหมดยกเว้นซิสเทอีน ซึ่งเป็น R เพราะกำมะถันมีลำดับความสำคัญสูงกว่าหมู่คาร์บอกซิล ไกลซีนไม่มีศูนย์สเตอริโอ ไอโซลิวซีนเป็น (2S,3S) และทรีโอนีนเป็น (2S,3R)

หมู่ปลายเปลี่ยนสูตร:

• แอซิทิลที่ปลาย N: + C₂H₂O, +42.0106 Da
• เอไมด์ที่ปลาย C: −OH กลายเป็น −NH₂, −0.9840 Da
• วงแบบหัวต่อหาง: พันธะเพปไทด์เพิ่มอีกหนึ่ง −H₂O, −18.0106 Da
• พันธะไดซัลไฟด์: −2 H ต่อพันธะ S–S, −2.0157 Da

pI ประจุ และสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง

ประจุสุทธิของเพปไทด์คือผลรวมจากหมู่ที่แตกตัวเป็นไอออนได้ทั้งหมด หมู่เบสเพิ่ม +1 / (1 + 10^{pH − pKa}) หมู่กรดเพิ่ม −1 / (1 + 10^{pKa − pH}) จุดไอโซอิเล็กทริก (pI) คือ pH ที่ประจุสุทธิเป็นศูนย์

เครื่องมือใช้ชุด pKa ของ EMBOSS: ปลาย N 8.6, ปลาย C 3.6, Asp 3.9, Glu 4.1, His 6.5, Cys 8.5, Tyr 10.1, Lys 10.8, Arg 12.5 สำหรับ GGG มีเพียงหมู่ปลายทั้งสอง จึงได้ pI = (3.6 + 8.6) / 2 = 6.10

สัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงเชิงโมลาร์ที่ 280 nm มาจาก Trp, Tyr และซิสทีน: ε₂₈₀ = 5500 × n(Trp) + 1490 × n(Tyr) + 125 × n(cystine) M⁻¹ cm⁻¹ (Pace et al., 1995) เพปไทด์ที่ไม่มี Trp, Tyr หรือ Cys ไม่ดูดกลืนแสงที่ 280 nm

จากลำดับ DNA หรือ RNA สู่โครงสร้าง

นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวมีเบสบนคาร์บอน 1′ ของน้ำตาล: อะดีนีนและกวานีนผ่าน N9 ไซโทซีน ไทมีน และยูราซิลผ่าน N1 น้ำตาลทั้งหมดเป็น β-D หมู่ฟอสเฟตเชื่อมออกซิเจนตำแหน่ง 3′ ของนิวคลีโอไทด์หนึ่งกับออกซิเจนตำแหน่ง 5′ ของนิวคลีโอไทด์ถัดไป ทุกสายจึงมีปลาย 5′ และปลาย 3′

ตัวอย่างการนับ 5′-ATGC-3′: ดีออกซีนิวคลีโอไซด์ทั้งสี่คือ dA C₁₀H₁₃N₅O₃, dT C₁₀H₁₄N₂O₅, dG C₁₀H₁₃N₅O₄ และ dC C₉H₁₃N₃O₄ รวมเป็น C₃₉H₅₃N₁₅O₁₆ การเชื่อมฟอสโฟไดเอสเทอร์ 3 แห่งแต่ละแห่งเพิ่ม H₃PO₄ และเอา 2 H₂O ออก สุทธิคือ PO₂ ลบ H หนึ่งอะตอม ผลลัพธ์: C₃₉H₅₀N₁₅O₂₂P₃, 1173.82 g/mol ฟอสเฟตที่ปลาย 5′ เพิ่ม HPO₃ (+79.9663 Da)

RNA มี 2′-OH บนไรโบสแต่ละตัว คือมีออกซิเจนเพิ่มหนึ่งอะตอมต่อนิวคลีโอไทด์ และใช้ U แทน T

• ปริมาณ GC: (G + C) / N × 100 %
• สายคู่สม (complement): A จับคู่กับ T (U ใน RNA) G กับ C อ่านจาก 3′ ไป 5′
• Reverse complement: สายคู่สมที่เขียนจาก 5′ ไป 3′
• T_m กฎ Wallace (ต่ำกว่า 14 nt): 2 × (A + T) + 4 × (G + C) °C
• T_m สูตร GC พื้นฐาน (14 nt ขึ้นไป): 64.9 + 41 × (G + C − 16.4) / N °C

วิธีใช้เครื่องมือแปลงลำดับเป็นโครงสร้างของ MolDraw

1. เปิดหน้าลำดับเพปไทด์และ DNA เป็นโครงสร้าง แล้วเลือก เพปไทด์ หรือ DNA หรือ RNA
2. พิมพ์หรือวางลำดับ ช่องว่าง ตัวเลข ขีด และบรรทัดหัวเรื่อง FASTA จะถูกข้าม รูปแบบอินพุต ตรวจจับรหัสหนึ่งตัวอักษรหรือสามตัวอักษรได้เอง
3. สำหรับเพปไทด์ ให้เลือก แอซิทิลที่ปลาย N (Ac-), เอไมด์ที่ปลาย C (-NH₂), วงแบบหัวต่อหาง หรือ พันธะไดซัลไฟด์ (Cys 1–2, 3–4…) ตามต้องการ สำหรับ DNA หรือ RNA ให้เลือก 5′-phosphate ถ้าปลาย 5′ ถูกเติมหมู่ฟอสเฟต
4. กด สร้างโครงสร้าง ผลลัพธ์จะอัปเดตขณะพิมพ์
5. ใช้ คัดลอก SMILES, ดาวน์โหลด MOL, ดาวน์โหลด SDF หรือ เปิดในตัวแก้ไข MolDraw วาดได้สูงสุด 30 เรซิดิวหรือนิวคลีโอไทด์ ลำดับที่ยาวกว่านั้นจนถึง 2000 ยังให้สูตร มวล และ SMILES

ตัวอย่างโจทย์

ตัวอย่างที่ 1: แองจิโอเทนซิน II สำหรับแมสสเปกโทรเมตรี

DRVYIHPF ให้ C₅₀H₇₁N₁₃O₁₂ มวลโมโนไอโซโทปิก 1045.5345 Da, [M+H]⁺ 1046.5418, [M+2H]²⁺ 523.7745 pI 7.54 ประจุ +0.22 ที่ pH 7 Tyr หนึ่งตัวให้ ε₂₈₀ = 1490 M⁻¹ cm⁻¹

ตัวอย่างที่ 2: ออกซิโทซินที่มีไดซัลไฟด์และเอไมด์

พิมพ์ CYIQNPCLG แล้วเลือก เอไมด์ที่ปลาย C และ พันธะไดซัลไฟด์ Cys1 และ Cys6 ถูกเชื่อมกัน ปิดเป็นวง 20 อะตอม ผลลัพธ์: C₄₃H₆₆N₁₂O₁₂S₂, 1007.19 g/mol มวลโมโนไอโซโทปิก 1006.4365 Da

ตัวอย่างที่ 3: ไพรเมอร์หาลำดับ M13 forward

5′-GTAAAACGACGGCCAGT-3′ มี 17 nt โดยมี G หรือ C 9 ตัว จึงได้ GC = 52.9 % เมื่อมี 14 nt ขึ้นไปใช้สูตร GC พื้นฐาน: T_m = 64.9 + 41 × (9 − 16.4) / 17 = 47.1 °C reverse complement คือ 5′-ACTGGCCGTCGTTTTAC-3′

ตัวอย่างที่ 4: ตำแหน่งตัดของ EcoRI

5′-GAATTC-3′ เป็น reverse complement ของตัวเอง เหมือนตำแหน่งตัดจำเพาะส่วนใหญ่ GC = 33.3 % T_m ตามกฎ Wallace = 2 × 4 + 4 × 2 = 16 °C ในรูปสายเดี่ยวที่มีปลายอิสระคือ C₅₉H₇₅N₂₂O₃₄P₅, 1791.22 g/mol

ตารางสรุป

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

• เขียนเพปไทด์จากปลายผิดด้าน YGGFL คือ Leu-enkephalin ส่วน LFGGY เป็นเพปไทด์คนละตัว
• เพิ่มน้ำหนึ่งโมเลกุลต่อเรซิดิว สายตรงได้ H₂O รวมเพียงหนึ่งโมเลกุล ไม่ใช่หนึ่งต่อเรซิดิว ส่วนเพปไทด์วงไม่ได้เลย
• ใช้มวลเฉลี่ยกับพีก MS พีกความละเอียดสูงตรงกับมวลโมโนไอโซโทปิก
• ลืมไดซัลไฟด์ พันธะ S–S แต่ละพันธะคือ −2.016 Da
• สับสน T กับ U T อยู่ใน DNA ส่วน U อยู่ใน RNA
• สั่งไพรเมอร์เป็นสายคู่สมธรรมดา โอลิโกสังเคราะห์จาก 5′ ไป 3′ ปกติจึงต้องใช้ reverse complement
• ใช้กฎ Wallace กับไพรเมอร์ยาว กฎนี้ประเมิน T_m สูงเกินจริงเมื่อยาวกว่าประมาณ 14 nt

เครื่องมือที่เกี่ยวข้อง

คู่มือที่เกี่ยวข้อง