Giáo trình công nghệ protein

Lời nói đầu Trong năm gần cơng nghệ sinh học phát triển vũ bão, hàng loạt công nghệ đời genomics, proteomics…và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm v.v…đặc biệt lĩnh vực y-dược học Giáo trình cơng nghệ protein biên soạn sở cập nhật kiến thức đại, thành tựu proteomics nghiên cứu ứng dụng thực tiễn giới Việt nam, nhằm phục vụ cho việc giảng dạy học tập cho ngành sinh học tài liệu tham khảo ngành học liên quan khác Giáo trình biên soạn có chương với hai nội dung chính: - Những kiến thức protein thành phần, cấu trúc, tính chất hóa -lý, phương pháp tách, tinh xác định protein - Công nghệ sản xuất số loại protein Giáo trình biên soạn phân cơng cụ thể sau: Chương Mở đầu Cao Đăng Nguyên Chương Amino acid - đợn vị cấu tạo protein Cao Đăng Nguyên Chương Peptide - cấu trúc chức Cao Đăng Nguyên Chương Cấu trúc tính chất lý-hoá protein Cao Đăng Nguyên Chương Các phương pháp chiết rút, tinh Đỗ Quý Hai xác định protein Chương Công nghệ sản xuất số protein Cao Đăng Nguyên Giáo trình xuất lần chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Các tác giả xin chân thành cảm ơn mong góp ý đồng nghiệp bạn đọc để tái hoàn thiện Các tác giả Chương Mở đầu I Khái quát chung protein 1.1 Những đặc trưng chung nhóm chất protein Protein phát lần kỷ XVIII (1745 Beccari); đầu gọi la allbumin (lòng trắng trứng) Mãi đến năm 1838 , Mulder lần đưa thuật ngữ protein (xuất phát từ chữ Hy lạp proteos nghĩa “đầu tiên”, “quan trọng nhất” Biết tầm quan trọng nhu cầu xã hội protein, đến nhiều cơng trình nghiên cứu sản xuất hợp chất công bố, đem lại nhiều ý nghĩa to lớn phục vụ cho nhân loại Vì vậy, nhiều nhà khoa học giới vinh dự nhận giải thưởng Nobel lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến protein Như biết protein hợp chất hữu có ý nghĩa quan trọng bậc thể sống Về mặt số lượng, chiếm khơng 50% trọng lượng khơ tế bào Về thành phần cấu trúc, protein tạo thành chủ yếu từ amino acid qua liên kết peptide Cho đến người ta thu nhiều loại protein dạng cao kết tinh xác định thành phần nguyên tố hố học, thơng thường cấu trúc chúng gồm bốn nguyên tố C H O N với tỷ lệ C ≈ 50%, H ≈ 7%, O ≈ 23% N ≈ 16% Đặc biệt tỷ l ệ N protein ổn định Nhờ tính chất để định lượng protein theo phương pháp Kjeldahl, người ta tính lượng N nhân với hệ số 6,25 Ngồi protein gặp số nguyên tố khác S ≈0-3% P, Fe, Zn, Cu Khối lượng phân tử, ký hiệu Mr (được tính Dalton)* loại protein thay đổi giới hạn rộng, thông thường từ hàng trăm hàng triệu Ví dụ: insulin có khối lượng phân tử 5.733, glutamat-dehydrogengenase gan bị có khối lượng phân tử 1.000.000 (bảng 1.1) 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn nhóm chất protein Từ lâu, biết protein tham gia hoạt động sống thể sinh vật, từ việc tham gia xây dưng tế bào, mô, đến tham gia hoạt động xúc tác nhiều chức khác v.v Ngày nay, hiểu rõ vai trò to lớn protein thể sống, người ta thấy rõ tính chất vật ý nghĩa định nghĩa thiên tài Anghen F : “sống phương thức tồn thể protein” Với phát triển khoa học, vai trò ý nghĩa protein sống khẳng định Cùng với acid nucleic, protein sở vật chất sống II Phân loại protein Protein gồm hàng trăm, hàng ngàn amino acid nối với liên kết peptide tạo nên hay nhiều chuỗi polypeptide có cấu trúc phức tạp Căn có mặt hay vắng mặt số thành phần có chất khơng phải protein mà người ta chia protein thành hai nhóm lớn: *1 Dalton = 1/1000 Kilodalton kí hiệu kDa Bảng 1.1 Khối lượng (Mr) cấu trúc phân tử số protein protein Khối lượng (Dalton) số gốc amino acid số chuỗi polypeptide Glucagon Insulin Ribonuclease (tụy bò) Lysozyme (lòng trắng trứng) Myoglobin (tim ngựa) Chymotripsin (tụy bò) Hemoglobin (người) Albumin (huyết người) Hexokinase (men bia) Tryptophan-synthetase (E.coli) γ-globulin (ngựa) Glycogen-phosphorylase (cơ thỏ) Glutamate-dehydrogengenase (bò) Synthetase acid béo (men bia) Virus khảm thuốc 3482 5733 12.640 13.930 16.890 22.600 64.500 68.500 96.000 117.000 149.000 495.000 1.000.000 2.300.000 40.000.000 29 51 124 129 153 241 574 550 800 975 1.250 4.100 8.300 20.000 336.500 1 4 4 40 21 2.130 2.1 Protein đơn giản Protein đơn giản phân tử mà thành phần cấu tạo gồm hồn tồn amino acid Thí dụ số enzyme tuỵ bị ribonuclease gồm hồn tồn amino acid nối với thành chuỗi polypeptide (có 124 gốc amino acid, khối lượng phân tử 12.640), chymotripsin gồm toàn amino acid nối với thành chuỗi polypeptide (có 241 gốc amino acid, khối lượng phân tử 22.600)v.v Dựa theo khả hoà tan nước dung dịch đệm muối, kiềm dung môi hữu người ta chia protein đơn giản số nhóm nhỏ như: -Albumin: tan nước, bị kết tủa nồng độ muối (NH4)2SO4 cao (70-100%) -Globulin: khơng tan tan nước, tan dung dịch muối loãng số muối trung tính NaCl, KCl, Na 2SO4 , bị kết tủa nồng độ muối (NH4)2SO4 bán bão hoà -Prolamin: khơng tan nước dung dịch muối lỗng, tan ethanol, isopanol 70-80% -Glutein: tan dung dịch kiềm acid lỗng -Histon: protein có tính kiềm dễ tan nước, không tan dung dịch amoniac loãng 2.2 Protein phức tạp Protein phức tạp protein mà thành phần phân tử ngồi α- amino acid protein đơn giản cịn có thêm thành phần khác có chất khơng phải protein cịn gọi nhóm thêm (nhóm ngoại) Tuỳ thuộc vào chất nhóm ngoại, người ta chia protein phức tạp nhóm nhỏ thường gọi tên protein theo chất nhóm ngoại: -Lipoprotein: nhóm ngoại lipide -Nucleoprotein: nhóm ngoại acid nucleic -Glycoprotein: nhóm ngoại carbohydrate dẫn xuất -Phosphoprotein: nhóm ngoại acid phosphoric -Cromoprotein: nhóm ngoại hợp chất có màu Tuỳ theo tính chất nhóm ngoại mà có màu sắc khác đỏ (ở hemoglobin), vàng (ở flavoprotein) III Chức sinh học protein 3.1 Xúc tác enzyme 3.1.1 Quan điểm xúc tác enzyme Hầu hết tất phản ứng xẩy thể protein đặc biệt đóng vai trị xúc tác, protein gọi enzyme 4 Mặc dù gần người ta phát loại RNA có khả xúc tác q trình chuyển hố tiền RNA thông tin (pre-mRNA) thành RNA thông tin (mRNA), nghĩa enzyme không thiết phải protein Những enzyme xúc tác sinh học có chất acid nucleic gọi ribozyme Nhưng định nghĩa có tính chất kinh điển: enzyme protein có khả xúc tác đặc hiệu cho phản ứng hoá học, chất xúc tác sinh học có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Hiện người ta biết khoảng 3.500 enzyme khác nhau, nhiều enzyme tinh sạch, kết tinh nghiên cứu cấu trúc 3.1.2 Những khác biệt đặc tính xúc tác, xúc tác vô xúc tác enzyme Enzyme chất xúc tác sinh học, khả xúc tác giống chất xúc tác vơ bình thường cịn thể số tính chất sau đây: a) Hiệu suất xúc tác lớn Sự chuyển hoá chất sử dụng emzyme xúc tác lớn nhiều so với chất xúc tác vơ thơng thường Ví dụ: 1mol Fe 3+ xúc tác phân ly 10-6 mol H2O2/phút Trong phân tử catalase có nguyên tử Fe xúc tác phân ly 5.106 mol H2O2/phút;1 gam pepsin thuỷ phân kg protein trứng luộc nhiệt độ bình thường Tương tự 1gam phân tử β-amilase sau giây phân giải 4.000 liên kết glucoside phân tử tinh bột, cao nhiều so với xúc tác băng chất vô b) Tính đặc hiệu cao Tính đặc hiệu cao khác biệt chủ yếu xúc tác enzyme xúc tác chất vô khác Mỗi enzyme xúc tác cho chuyển hoá hay số chất định, theo kiểu phản ứng định Dựa vào tác dụng có tính chọn lọc, người ta chia số kiểu đặc hiệu sau: - Đặc hiệu kiểu phản ứng Đặc hiệu thể chổ enzyme xúc tác cho kiểu phản ứng chuyển hố chất định Ví dụ: phản ứng oxy hoá khử, chuyển vị, thuỷ phân, v.v - Đặc hiệu chất Là khả kết hợp chất vào trung tâm hoạt động enzyme bị chuyển hoá tác động chúng Dựa vào mức độ đặc hiệu người ta lại chia số kiểu như: đặc hiệu tuyệt đối, enzyme tác dụng chất nhất; đặc hiệu tương đối, enzyme có khả tác dụng lên kiểu liên kết hoá học định phân tử chất mà không phụ thuộc vào cấu tạo phần tử tham gia tạo thành mối liên kết đó; đặc hiệu nhóm, enzyme có khả tác dụng lên kiểu liên kết hoá học định với điều kiện hai phần tham gia tạo thành liên kết phải có cấu tạo xác định Hoạt tính enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ enzyme, nồng độ chất, nhiệt độ ion kim loại v.v 3.1.3 Cơ chế xúc tác vài enzyme Giai đoạn Ser Thr peptide Giai đoạn trung gian Giai đoạn cuối H ình 1.1 Cơ chế chuyển nhóm phosphate protein kinase A Hiện người ta biết rõ chế hoạt động nhiều enzyme carboxypeptidase, chymotripsin v.v , enzyme nghiên cứu kỹ thuộc nhóm phosphotransferase xúc tác q trình chuyển vị nhóm phosphate protein kinase A (hình 1.1) 3.1.4 Sự phân bố enzyme tế bào Trong thể enzyme có mặt mơ, tế bào Nhưng tùy theo chức mô mà tế bào mơ thường có hệ thống enzyme riêng biệt Sự khác khơng loại tế bào mà tế bào tuỳ theo chức bào quan (organell) riêng biệt để có hệ thống enzyme đặc hiệu Sự xếp enzyme cách hợp lý tế bào tạo phối hợp nhịp nhàng hệ thống phản ứng dây chuyền liên tục cho hoạt động sống thể: - Trong nhân tế bào có enzyme ATP-ase, nucleosidase, nicotinic-mononucleotide adenylyltransferase, 5’-nucleotidase - Trong ty lạp thể có chứa hầu hết enzyme liên quan đến q trình chuyển hố lượng hệ enzyme chuỗi hô hấp tế bào q trình phosphoryl hố tạo ATP, enzyme chu trình Krebs,v.v -Trong lysosome có chứa nhiều enzyme thuỷ phân (hydrolase) -Trong ribosome có chứa enzyme cho trình tổng hợp protein - Trong bào tương chứa nhiều loại enzyme, đặc biệt có tất enzyme trình đường phân - Trên màng tế bào màng nhiều bào quan có loại enzyme giúp cho vận chuyển số chất qua màng số hoạt động khác màng 3.2 Isozyme 3.2.1 Đặc tính phân tử Isoyme dạng phân tử khác enzyme, xúc tác cho phản ứng sinh hóa Mặc dù xúc tác cho loại phản ứng sinh hoá, tồn dạng phân tử khác nên có số tính chất lý, hố miễn dịch khác Ví dụ: lactatdehydrogengenase (LDH) enzyme khử hydrogen thuận nghịch lactate pyruvate có khối lượng phân tử 130.-140.KDa, cấu trúc gồm tiểu đơn vị (subunit), tiểu đơn vị dịch mã từ gene khác ký hiệu H M (từ chữ tiếng Anh H- Heart MMuscle) 7 Hai loại chuỗi polypeptide tạo nên dạng phân tử khác là: LDH1: HHHH LDH2: HHHM LDH3: HHMM LDH4: HMMM LDH5: MMMM Trong điện di theo chiều từ âm sang dương thì LDH1 chạy nhanh đến LDH2, LDH3, LDH4 LDH5 chạy chậm 3.2.2 Vai trò chức isozyme Các kết nghiên cứu thu rằng, tỷ lệ dạng isozyme thay đổi tuỳ theo tuổi tác, trạng thái sinh lý bệnh lý Sự tồn nhiều dạng phân tử khác enzyme tượng sinh học quan mặt lý luận thực tiễn Chẳng hạn phân bố khác LDH thể lồi có xương sống, loại chuỗi H chủ yếu tìm thấy tim loại M chủ yếu tìm thấy xương Bởi loại chuỗi H thường bị ức chế pyruvat với nồng độ thừa Nhưng acid pyruvic mô tim oxy hố hiếu khí cách đặn ty thể để cung cấp lượng cho mô này, thông thường khơng có ứ đọng acid pyruvic Trái lại mơ xương có nhiều LDH dạng M mơ có nhiều hoạt động bất thường gây nên ứ đọng pyruvat thời, dạng M lại không bị ức chế acid pyruvic 3.3 Các enzyme di lập thể (allosteric enzyme) phức hệ enzyme (multienzyme) Trong thể sống gặp enzyme ngồi trung tâm hoạt động xúc tác cịn có loại trung tâm khác làm nhiệm vụ điều chỉnh hoạt tính enzyme cịn gọi enzyme di lập thể Tuy trung tâm điều chỉnh trung tâm xúc tác có tác dụng hổ trợ nhau, hai loại cấu trúc khác biệt Trong nhiều trường hợp “khoá” trung tâm dị lập thể mà giữ hoạt động xúc tác trung tâm hoạt động Các enzyme thường cấu tạo từ đơn vị nhỏ kết hợp với liên kết yếu , nên mềm dẻo tồn nhiều dạng khác biến đổi thuận nghịch từ trạng thái sang trang thái khác cách dễ dàng Một loại enzyme nghiên cứu kỹ aspartate-transcarbamylase (ATC-ase) xúc tác qúa trình tổng hợp carbamylaspartate Enzyme gồm hai đơn vị nhỏ xúc tác 3-4 đơn vị nhỏ điều hồ 8 Ngồi enzyme di lập thể cịn gặp phức hệ đa enzyme (multienzyme) Đó phức hợp gồm nhiều enzyme có liên quan đến trình chuyển hố định Ví dụ phức hợp enzyme trình tạo acetyl-CoA từ acid puruvic gọi phức hệ pyruvatedehydrogenase Phức hợp gồm ba loại enzyme pyruvate dehydrogengenase, dihydrolipoyl transacetylase dihydrolipoyl -dehydrogenase 3.4 Những quan điểm y học protein 3.4.1 Protein phần chức thể Ngồi vai trị thành phần cấu trúc tế bào mơ, protein cịn có nhiều chức phong phú khác định đặc điểm sống truyền đạt thông tin di truyền, chuyển hố chất enzyme, kháng thể chống lại bệnh tật, hormon dẫn truyền tín hiệu tế bào v.v có chất protein 3.4.2 Hình thành chức sở cấu trúc protein Sự phát triển sinh học phân tử dựa lý thuyết trung tâm “DNA → RNA → Protein” Như vậy, biến đổi DNA dẫn đến biến đổi cấu trúc phân tử protein chức sinh học bị biến đổi kéo theo thay đổi có liên quan đến tồn thể Trong q trình tiến hố sinh vật hình thành thích nghi chức diễn giai đoạn lịch sử lâu dài Sự xuất protein biến dạng (mất hoạt tính đột biến cấu trúc) thường kèm bệnh tật 3.4.3 Sự xuất protein bệnh lý Y học ngành khoa học sống, ngày với tiến khoa học, hiểu biết bệnh lý mức độ phân tử vượt khỏi giới hạn giải phẩu tế bào quan Sinh học phân tử đời tạo cách mạng quan niệm bệnh Từ đó, phát triển bệnh học phân tử luôn kèm với sinh học phân tử Sự biến đổi cấu trúc protein hay xuất enzyme có cấu trúc bất thường yếu tố di truyền gây nên Dựa theo biểu di truyền người ta chia protein bệnh lý làm hai loại lớn: a) Những biến đổi số lượng protein: Đó thay đổi tăng giảm protein đó, chí xuất protein mà tế bào bình thường khơng tổng hợp cách thường xun Những protein có cấu trúc bình thường khơng có biến đổi gene cấu trúc Những lệch lạc rối loạn q trình điều hồ sinh tổng hợp protein Do protein có cấu trúc bình thường mà thay đổi số lượng nên chúng có chức bình thường thay đổi mức độ hoạt động Trong trường hợp protein enzyme lệch lạc số lượng enzyme dẫn đến rối loạn dây chuyền chuyển hoá b) Những biến đổi chất lượng protein: Đó rối loạn cấu trúc protein gene bi biến đổi, dẫn đến cấu trúc protein thay đổi kéo theo thay đổi chức sinh học protein Ví dụ, biến đổi cấu trúc hemoglobin (Hb) protein có chúc vận chuyển oxygen máu dẫn đến bệnh thiếu máu, hay bệnh thiếu máu hồng cầu hình lưỡi liềm 3.4.4 Cấu trúc chức protein miễn dịch Tham gia vào hệ thống miễn dịch có nhiều quan, nhiều loại tế bào đặc biệt nhiều loại protein thực chức riêng biệt tạo nên hiệu miễn dịch đặc hiệu không đặc hiệu Các protein miễn nhắc đến nhiều kháng thể, bổ thể cytokine a) Các kháng thể (antibody) Tất phân tử kháng thể chứng minh globulin có chức miễn dịch (viết tắt Ig: Immunoglobulin) có chất glycoprotein Các kháng thể chia thành lớp Tuỳ theo cấu trúc chức miễn dịch IgG, IgA, IgM, IgD, IgE Cấu trúc phân tử kháng thể hình thành từ hai loại chuỗi polypeptide chuỗi nặng (ký hiệu: H=Heavy chain) có khối lượng phân tử từ 53-59 kDa chuỗi nhẹ (ký hiệu:L=Light chain) có khối lượng phân tử 22-26 kDa Cả bốn chuỗi gắn với cầu disunfid (S-S) Trung tâm hoạt động phần liên kiết với kháng nguyên (hình 1.2) nằm vùng tận N chuỗi nặng chuỗi nhẹ có cấu trúc khoảng 8-10 amino acid Các phân tử Ig có đặc tính hoạt động miễn dịch theo hai chức năng: - Có khả liên kết với kháng nguyên hai vị trí tiếp nhận kháng nguyên nhờ biến đổi kỳ diệu phần tận NH2 phân tử kháng thể - Phần tận COOH phân tử kháng thể có khả thực số lớn hoạt động sinh học ảnh hưởng liên kết với thụ thể bề mặt tế bào Tất kháng thể có cấu trúc phân tử khác mức độ vùng liên kết với kháng nguyên Nhìn chung phân tử kháng thể chia làm hai phần: phần Fab phần liên kết với kháng nguyên, phần Fc phần dễ kết tinh phản ứng với tế bào hệ thống miễn dịch qua thụ thể tế bào Dùng 10 enzyme papain hay pepsin cắt kháng thể thành hai mảnh Fab Fc, F(ab’)2 tương ứng Vị trí liên kết chuỗi nhẹ Papain cắt Pepsin cắt chuỗi nặng Vị trí liên kết H ình 1.2 Cấu trúc chung phân tử kháng thể (Ig) b) Bổ thể (complement) Là protein huyết tương phản ứng với nhằm công dạng tác nhân gây bệnh Hệ thống bổ thể bao gồm khoảng 40 protein có chức đáp ứng miễn dịch, chống vi sinh vật đáp ứng viêm Về chức năng, kháng thể tương tác đặc hiệu với tác nhân truyền nhiễm bệnh, hệ thống bổ thể cố định lên tất kháng thể để thực chức miễn dịch Các thành phần bổ thể tương tác chúng với yếu tố khác hệ thống miễn dịch c) Các cytokine Là toàn phân tử tiết tế bào hệ thống miễn dịch, tham gia vào hoạt động tín hiệu tế bào hoạt động đáp ứng miễn dịch Tất cytokine có chất protein hay glycoprotein phân loại sau: - Các interferons (IFN): có dạng α-IFN, β-IFN γ-IFN, có chức ngăn ngừa số virus gây bệnh - Các interleukin (IL): có dạng từ IL1 đến IL 13, chúng có nhiều chức năng, chủ yếu kiểm tra biệt hoá sinh sản tế bào - Các yếu tố kích thích quần lạc (CSF): có chức kiểm tra phân chia sinh sản tế bào nguồn tế bào máu sơ khai 11 - Các chất dẫn truyền sinh học (mediator): protein giai đoại đáp ứng miễn dịch cấp tính 3.4.5 Cấu trúc chức protein vận chuyển Trong thể có protein làm nhiệm vụ vận chuyển hemoglobin, mioglobin, hemocianin vận chuyển O2, CO2 H+ khắp mô, quan thể Ngồi cịn có nhiều protein khác lipoprotein vận chuyển lipid, ceruloplasmin vận chuyển đồng (Cu) máu v.v Một protein làm nhiệm vụ vận chuyển nhắc đến nhiều hemoglobin Phân tử cấu tạo tử bốn tiểu đơn vị (subunit), hai tiểu đơn vị α hai tiểu đơn vị β Hình 1.3 Cấu trúc phân tử hemoglobin Tiểu đơn vị β Hemoglobin H ình 1.4 So sánh cấu trúc tiểu đơn vị β hemoglobin với leghemoglobin myoglobin 12 Mỗi tiểu đơn vị nối với heme liên kết cộng hoá trị Khi so sánh với protein chức myoglobin leghemoglobin thực vật protein có cấu trúc tiểu đơn vị (monomer) thấy tiểu đơn vị cấu trúc giống (hình: 1.3, 1.4 ) 3.4.6 Cấu trúc chức vai trò lectin Lectin protein hay glycoprotein khơng phải nguồn gốc miễn dịch, lectin có khả ngưng kết với nhiều loại tế bào, nhiều loại đường hợp chất chứa đường có tính chất chọn lọc Hầu hết lectin có cấu trúc bậc 4, với khối lượng phân tử giao động phạm vi rộng từ hàng ngàn hàng trăm ngàn Dalton Ví dụ: lectin từ rễ Urtica dioica (họ gai Urticaceae) có Mr=8,5 KDa lồi sam biển châu Á (Tachypleus tridentatus) có Mr=700.KDa Về chức năng, người ta thấy lectin kháng thể chống lại tác nhân gây bệnh chúng có vai trị bảo vệ thể nhờ tương tác với màng tế bào gây ngưng kết tế bào chúng Họ khẳng định lectin có khả gắn tế bào vi khuẩn kháng nguyên lạ với đại thực bào, mà vi khuẩn kháng nguyên lạ bị đào thải khỏi thể Ngồi có lectin cịn có khả kích thích phân chia biệt hố tế bào Đồng thời người ta phát nhiều lectin có hoạt tính enzyme, ví dụ lectin hoạt tính mạnh, tách từ hạt đậu mùng, có khối lượng phân tử khoảng 16.KDa có hoạt tính enzyme α-galactosidase 3.4.7 Những chức khác protein Trong thể protein đảm nhận chức xúc tác enzyme, chức vận chuyển hemoglobin, mioglobin, lipoprotein, chức bảo vệ kháng thể miễn dịch, protein độc tố enzyme nọc rắn, lectin v.v , protein tham gia nhiều chức quan trọng khác như: - Các protein làm nhiệm vụ kích thích điều hồ q trình trao đổi chất hormon - Các protein làm nhiệm vụ cấu trúc vỏ virus, màng tế bào, colagen da, fibrolin tơ - Các protein làm nhiệm vụ co rút myosin, actin sợi - Các protein làm nhiệm vụ dự trữ casein sữa, ovalbumin trứng, v.v 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Trần Thị Ân, Đái Duy Ban, Nguyễn Hữu Chấn, Đỗ Đình Hồ, Lê Đức Trình 1980 Hố sinh học NXB Y học 2.Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng 1999 Hoá sinh học NXB Giáo dục 3.Phạm Thị Trân Châu, Lã Minh Châu, Lâm Chi, Nguyễn Lân Dũng, Đỗ Đình Hồ, Lê Ngọc Tú 1983 Những hiểu biết enzim Tập NXB KH & KT Hà nội Đỗ Đinh Hồ, Đái Duy Ban, 1977 Sinh học phân tử cách mạng sinh học, NXB KH& KT Hà nội Đỗ Ngọc Liên 2004 Miễn dịch học sở NXB Đại học Quốc gia Hà nội (in lần thứ 2) 6.Fersht A.,1998, Structure and Mechanism in Protein Science, W H Freeman, 3rd Rev Edit 7.Lehringer A.L., 2004 Principle of Biochemistry, 4th Edition W.H Freeman, 2004 Liebler D.C., 2002 Introduction to proteomics Humana Press Inc Totuwa, New Jersey Lodish H., 2003 Molecular Cell Biology 5th ed.W.H Freeman 10 Virella G.,1998 Introduction to medical immunology, Marcel Dekker, Inc New York Basel Hong kong 4th ed 14 Chương Amino acid - Đơn vị cấu tạo Protein I Thành phần tính chất lý- hố amino acid 1.1 Thành phần cấu tạo amino acid Protein polymer amio acid nối với liên kết cộng hoá trị liên kết peptide Protein bị thuỷ phân tạo thành amino acid tự nhiều phương pháp khác Người ta xác định protein cấu trúc từ 20 loại amino acid khác Amino acid chất hữu mà phân tử chứa nhóm carboxyl (COOH) nhóm amino (NH2), trừ prolin có nhóm NH (thực chất acid imin) Trong phân tử amino acid có nhóm COOH NH2 gắn với carbon vị trí α Hầu hết amino acid thu nhận thuỷ phân protein dạng L-α amino acid Như protein khác mạch nhánh, hay gọi chuỗi bên (thường ký hiệu: R) Hình: 2.1 Cơng thức cấu tạo chung amino acid 1.2 Phân loại amino acid 1.2.1 Các quan điểm phân loại amino acid Hiện có nhiều người phân loại amino acid theo nhiều kiểu khác nhau, kiểu xếp có ý nghĩa mục đích riêng Tuy nhiên, họ dựa cấu tạo hoá học số tính chất gốc R Ví dụ: có người chia amino acid thành nhóm nhóm mạch thẳng nhóm mạch vịng Trong nhóm mạch thẳng lại tuỳ theo có mặt số nhóm carboxyl hay số nhóm amino mà chia thành nhóm nhỏ, nhóm amino acid trung tính (chứa nhóm COOH nhóm NH 2); nhóm amino acid có tính kiềm (chứa nhóm COOH hai nhóm NH 2); nhóm amino acid có tính acid (chứa hai nhóm COOH nhóm NH2) Trong nhóm mạch vịng lại chia thành nhóm đồng vịng hay dị vịng v.v Có người lại dựa vào tính phân cực gốc R chia amino acid thành nhóm: nhóm khơng phân cực kỵ nước, nhóm phân cực khơng tích điện, nhóm tích điện dương nhóm tích điện âm 15 Ở xin giới thiệu cách phân loại amino acid cách chung Theo cách dựa vào gốc R amino acid chia làm nhóm: Nhóm I Gồm amino acid có R khơng phân cực, kỵ nước, là: glycine, alanine, proline, valine, leucine, isoleucine methionine Hình: 2.2 Cơng thức cấu tạo amino acid nhóm I Nhóm II Gồm amino acid có gốc R chứa nhân thơm, phenylalanine, tyrosine tryptophan Hình: 2.3 Cơng thức cấu tạo amino acid nhóm II 16 Nhóm III Gồm amino acid có gốc R phân cực, khơng tích điện, serine, threonine, cysteine, aspargine glutamine Hình: 2.4 Cơng thức cấu tạo amino acid nhóm III Nhóm IV Gồm amino acid có R tích điện dương, lysine, histidine arginine Hình: 2.5 Cơng thức cấu tạo amino acid nhóm IV 17 Nhóm V Gồm amino acid có gốc R tích điện âm, aspartate glutamate Hình: 2.6 Cơng thức cấu tạo amino acid nhóm V 1.2.2 Các amino aicd thường gặp Các amino acid thường gặp amino acid thường có mặt thành phần loại protein Chúng có khoảng 20 loại thu nhận thuỷ phân protein Các loại amino acid có tên gọi, khối lượng phân tử ký hiệu trình bày bảng 2.1 1.2.3 Các aminno acid không thay thế, hay cần thiết Các amino acid hình thành nhiều đường khác Như biết, phân tử protein có khoảng 20 loại amino acid, nhiên thể người động vật không tổng hợp tất loại mà phải đưa từ ngồi vào qua thức ăn Những amino acid phải đưa từ ngồi vào gọi amino acid không thay Ngày người ta biết có khoảng 8-10 loại amino acid không thay bao gồm: Met, Val, Leu, Ile, Thr, Phe Trp, Lys, Arg His, ngày người ta cịn xem Cys amino acid khơng thay 1.2.4 Các amino acid gặp Ngồi amino acid thường gặp trên, phân tử protein cịn có số amino acid khác, loại gặp Các amino acid dẫn xuất amino acid thường gặp như: phân tử colagen có chứa 4-hydrogenxyproline dẫn xuất proline, 5hydrogenxylysine dẫn xuất lysine v.v Mặt khác, khơng có cấu trúc protein, có hàng trăm loại amino acid khác chúng tồn dạng tự liên kết với hợp chất khác mơ tế bào, chúng chất tiền thân sản phẩm trung gian q trình chuyển hố thể 18 Bảng 2.1 Các amino acid thường gặp Tên amino acid Tên amino acid gọi theo danh pháp hoá học α-aminoacetic Glycine α-aminoprpionic Alanine α-pirolidincarboxylic Proline α-aminoiaovaleric Valine α-aminonoisocaproic Leucine α-amino-β-metylvaleric Isoleucine α-amino-γ-metyltiobutiric Methionine Phenylalanine α-amino-β-phenylpropionic α-amino-βTyrosine hydrogengenxyphenylpropionic Tryptophan α-amino-β-idolylpropionic Serine α-amino-β-hydoxypropionic Threonine α-amino-β-hydrogengenxybutiric Cysteine α-amino-β-tiopropionic Aspargine amid aspartate Glutamine amid glutamate Lysine α,ε diaminocaproic Histidine α-amino-β-imidazolpropionic Arginine α-amino-δ-guanidinvaleric α-aminosucinic Aspartate Glutamate α-aminoglutarate Tên viết tắt Ký hiệu Khối lượng (Mr) Gly Ala Pro Val Leu Ile Met Phe Tyr Trp Ser Thr Cys Asn Gln Lys His Arg Asp Glu G A P V L I M F Y W S T C B Q K H R D E 75 89 115 117 131 131 149 165 181 204 105 119 121 132 146 146 155 174 133 147 1.3 Màu sắc mùi vị amino acid Các amino acid thường không màu, nhiều loại có vị kiểu đường glycine, alanine, valine, serine histidine, triptophan; số loại có vị đắng isoleucine, arginine khơng có vị leucine Bột hay cịn gọi mì muối natri với acid glutamic (monosodium glutamate) 1.4 Tính tan amino acid Các amino acid thường dễ tan nước, amino acid khó tan alcohol ether (trừ proline hydrogenxyproline), chúng dễ hoà tan acid kiềm lỗng (trừ tyrosine) 19 1.5 Biểu tính quang học amino acid Các amino acid phân tử protein có carbon bất đối (trừ glycine) có biểu hoạt tính quang học, nghĩa làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải sang trái Quay phải ký hiệu dấu (+), quay trái ký hiệu dấu (-) Góc quay đặc hiệu amino acid phụ thuộc vào pH môi trường Tuỳ theo xếp cấu trúc phân tử nhóm liên kết với carbon bất đối mà amino acid có cấu trúc dạng D hay L (hình 2.7) gọi đồng phân lập thể Số đồng phân lập thể tính theo 2n (n số carbon bất đối) Hình 2.7 Đồng phân lập thể alanine Hầu hết amino acid khác hấp thụ tia cực tím bước sóng (λ) khoảng từ 220 - 280 nm Đặc biệt nồng độ 10 -3M, bước sóng khoảng 280 nm tryptophan hấp thụ ánh sáng cực tím mạnh nhất, gấp lần khả hấp thụ tyrosine (hình 2.8) phenylalanine yếu Phần lớn protein chứa tyrosine nên người ta sử dụng tính chất để định lượng protein