TIỂU LUẬN: TÌM HIỂU VỀ ACID NUCLEIC, SINH TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI PROTEIN - TIỂU LUẬN HÓA SINH THỰC PHẨM

b Cấu trúc không gian:Prôtêin có 4 bậc cấu trúc cơ bản - Cấu trúc bậc 1: do các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit - Cấu trúc bậc 2: có dạng xoắn trái, kiểu chuỗi anpha - C

tại sao lại lấy cơ chế sinh tổng hợp protein để giải thích tính di truyền của cơ thể sống mà không lấy cơ

chế tổng hợp lipit hay

gluxit ?

Thứ nhất: Cấu trúc bậc một của protein phản ánh bản chất của từng loại protein Ở đó bản chất của mỗi loại protein được quyết định

bởi số thứ tự sắp xếpcủa từng acid amin, đồng thời được quyết

định bởi số lượng các acid amin có trong protein đó

Thứ hai: Trong tế bào protein không chỉ tồn tại ở dạng protein

cấu trúc mà phần lớn chúng ở những protein enzyme Các protein này đóng vai trò rất quan

trọng trong hướng phản ứng và sản phẩm của phản ứng trong cơ

thể Các phản ứng hoá học xảy ra trong tế bào đều được enzyme

tham gia

Thứ ba: Khi xem xét cấu truc của DNA và cấu trúc protein cho thấy một đoạn DNA ( 1 gen) có một trật tự của các nucleotide rất tương đồng với các amin acid trong protein

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ ACID

NUCLEIC

1 Cấu tạo chung:

• Nucleic acid là hợp chất có phân tử lượng rất

• Các bazơ: purin (adenin, guanin) và pyrimidin

(Cytosin, uracin, thimin)

• Gốc acid phosphonc (H3PO4)

Đường pentose

Pentose gồm D- ribose và D - desoxynbose Hai chất này có trong

acid nucleic dưới dạng Puran :

Ribose có trong acid ribonucleic (ARN)Desoxyribose có trong acid desoxyribonucleic

(ADN)

Các bazơ

Bazơpynmidin

Bazơpurin

Nucleosid là kết quả của sự kết hợp bằng liên kết osid giữa một bazơ (phần hoặc pyrimidin) và một đường pentose với sự

loại

ra một phân tử nước.Sự liên kết này thông qua mạch glyosid

ở vị trí 9 của phần hoặc vị trí thứ 3 củapyrimidin

Ví dụ:

Nucleotid là những este của nucleosid với acid phosphoric Nucleotid là đơn vị cơ bản của acid nucleic - nó như các

mắc xích của sợi xích

•Nhiều mononucleotid ngưng tụ với nhau thành

polynucleotid (hay là acid nucleic)

•Trong phân tử acid nucleic, sự este xảy ra ở vị trí 3' hoặc 5'

Ví dụ:

Adenin

Guanin

Nucleotid trong ARN

Acid adenilic Acid guanidilic

Nucleotid trong ADN

Acid desoxyadenilic Acid desoxyguanidilic

Ký hiệu A

G

Cytosin

Timin Acid cytidilicAcid thimidilic Acid desoxycytidilicAcid desoxythimidilic CT

•Sau đây là tên gọi của các nucleotid

•Cách liên kết của các mononucleotid như sau:

Cơ sở phân loại acid nucleic

Dựa vào sự có mặt của đường ribose và

desoxyribose

mà người ta chia acid nucleic ra làm hai lớp:

- Acid ribonucleic (ARN)

- Acid desoxyribonucleic (ADN)

- Chủ yếu ở tế bào chất - Chủ yếu ở nhân tế bào

- Trọng lượng phân tử 2 - 3.104 - 6 - Trọng lượng phân tử: 1 - 2.106 8 - cấu tạo Chuỗi kép

- Chứa các gốc kiềm Adenin (A) Guanin

(G) Cytosin (C) Uracin (U) - Adenin (A) Guanin (G) Cytosin (C) Thi min (T)

- Chức năng sinh học: trực tiếp tham gia

quá trình tổng hợp protein - Chức năng sinh học: mang bản mật mã di truyền.

•Thành phần hoá học của ARN và ADN

Acid nucleic là chất trùng hợp của mononucleotid

Phân tử chứa từ 250 - 350 nucleotid, có loại chứa tới

hàng chục vạn mononucleotid Các mononucleotid nối với

nhau qua mạch liên kết este giữa hydroxyl của carbon thứ 3

của đường pentose với acid phosphoric của mononuleotid bên cạnh

Acid desoxyribonucleic (ADN)

Quy luật bổ sung gốc kiềm (qui luật Chagaff)

Hàm lượng tính theo một của Adenin bằng Thi min và Guanin bằng Cytosin.

-Từ nhận xét (l) và (2) rút ra:

tổng số gốc kiềm purin bằng tổng số gốc kiềm

pyrimidin

A + G =T+C

•Vai trò sinh học của AND

ADN là cơ sở cấu trúc của nhiễm sắc thể mang tính

thông tin di truyền

•Mô hình xoắn ADN dây•Theo Crick và Watson thì ADN gồm hai

polynucleotid với cực trái dấu nhau cuộn xoắn với nhau xung quanh cùng một trục và tạo thành vòng xoắn đôi.Các bazơ nằm trong vòng xoắn thành từng cặp: pyrimidin trên một dây và phần trên dây đối xứng và ngược lại

Chỉ một số cặp bazơ nhất định phù hợp: A đi với T; G đi với C (liên kết hydrogen).

- Mỗi vòng xoắn dài 34 A0 chứa

10 cặp gốc kiềm

- Độ dài một cặp gốc kiềm là 3,4 A0.

- Bán kính vòng xoắn 10A0

- Khoảng cách giữa hai gốc kiềm đối xứng là 3A0

Acid ribonucleic (ARN)

•ARN được coi là chất tham gia trực tiếp vào các phản ứng tổng hợp protein Loại này thường tập trung ở tế bào chất (chủ yếu ở bào tương)

một số ở nhân Chúng thường ở dạng chuỗi búi chỉ rối.

ARN thông tin:

Ký hiệu m - ARN im - messenger - người đưa tin)

Trọng lượng phân tử của loại này từ 0,5 - 1,106, chiếm 3 - 4%

tổng số ARN, chúng được tổng hợp ở nhân tế bào trên khuôn của phân tử ADN đây là khuôn thứ cấp

ARN vận chuyển:

Ký hiệu t - ARN (t - transfer - vận chuyển)

thường ở trạng thái hoà tan trong tế bào, chiếm khoảng 15% tổng số ARN

ARN ribosom: Ký hiệu r ARN

Trọng lượng phân tử loại này rất cao 1 - 2 triệu, chiếm trên 80% tổng số

ARN

Một ribosom là một hạt nucleoproteid mà phần acid nucleic là ARN

Đường kính của ribosom khoảng 200A0.

CHƯƠNG II: QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP VÀ

PHÂN GIẢI PROTEIN

I.Tìm hiểu chung về protein:

II.1.1 Cấu trúc của prôtêin

a) Cấu trúc hoá học:

- Là hợp chất hữu cơ gồm C, H, O, N thường có thêm S va` P

- phân tử lượng có thể đạt tới 1,5 triệu đ.v.C

- Thuộc loại đa phân tử, đơn phân là các axit amin

- Có hơn 20 loại axit amin khác nhau tạo nên các prôtêin

- Trên phân tử các axit amin liên kết với nhau bằng các liên

kết peptit tạo nên chuỗi pôlipeptit

- Từ 20 loại axit amin kết hợp với nhau theo những cách khác nhau tạo nên vô số loại prôtêin khác nhau

b) Cấu trúc không gian:

Prôtêin có 4 bậc cấu trúc cơ bản

- Cấu trúc bậc 1: do các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit

- Cấu trúc bậc 2: có dạng xoắn trái, kiểu chuỗi anpha

- Cấu trúc bậc 3: Là hình dạng của phân tử prôtêin trong không

gian ba chiều, do xoắn cấp 2 cuốn theo kiểu đặc trưng

cho mỗi loại prôtêin, tạo thành những khối hình cầu

-Cấu trúc bậc 4: Là những prôtêin gồm 2 hoặc nhiều chuỗi

pôlipeptit kết hợp với nhau II.1.2 Vai trò của protein trong cơ thể

- Protein có vai trò kiến tạo vì là thành phần kiến tạo tế

bào,

cấu trúc của enzim, hoocmon, kháng thể, vitamin

Là nguồn nguyên liệu cấu tạo chính của hệ cơ

- Protein có chức năng xúc tác, điều hòa trao đổi chất

Protein cung cấp năng lượng cho cơ thể, 1g protein khi

bị oxy hóa cung cấp 4,1 KCal

- Protein có thể chuyển hóa thành gluxit và lipit

II.1.3 Chuyển hóa protein trong cơ thể

II.1.3.1 Tổng hợp protein trong cơ thể

Sản phẩm tiêu hóa của protein là các axit amin, được hấp thụ

vào máu đến gan Ở gan, một phần axit amin được giữ lại và được tổng hợp thành protein của huyết tương như albumin, globulin và

fribrinogen Phần lớn các axit amin được chuyển tới tế bào để tổng hợp các protein đặc trưng như hemoglobin, các hoocmon của tuyến nội tiết, protein của các mô cơ, của các kháng thể và các enzim…

Trong 20 axit amin có 10 axit amin thiết yếu là lơxin, izolơxin, valin, metionin, treonin, phenylalanin, histidin, acginin, lizin và

tryptophan cơ thể không tự tổng hợp được phải lấy từ thức ăn Khi cơ thể thiếu một hoặc một số axit amin thiết yếu thì quá trình tổng hợp protein bị rối loạn

II.1.3.2 Sự phân giải protein trong cơ thể

Protein được phân giải ở gan, tế bào và mô thành các axit amin Tất cả các axit amin ở tế bào và mô sẽ được chuyển tới gan để tiếp tục phân giải thành NH3 đi vào chu trình ornithin để tạo thành ure, axit uric và creatin Phần còn lại là axit xetonic có thể biến đổi thành

glucoza và glycogen, hoặc oxy hóa để tạo thành CO2, H2O và giải

phóng năng lượng Axit xetonic cũng có thể kết hợp với NH2 để tạo thành các axit amin mới

II.1.3.3 Điều hòa chuyển hóa protein

- Điều hòa theo cơ chế thần kinh:

Trung khu điều hòa nằm ở vùng dưới đồi thị Khi trung khu này bị tổn thương, quá trình phân giải protein tăng lên

- Điều hòa theo cơ chế thể dịch: được thực hiện thông qua một số

hoocmon

II.1.4 Tính đặc trưng và tính đa dạng của prôtêin

- Prôtêin đặc trưng bởi số lượng thành phần, trình tự phân bố các axit amin trong từng chuỗi pôlipeptit Vì vậy, từ 20 loại axit amin

đã tạo nên 1014 – 1015 loại prôtêin rất đặc trưng va` đa dạng cho mỗi loài sinh vật

- Đặc trưng bởi số lượng, thành phần, trình tự phân bố các chuỗi polipeptit trong mỗi phân tử prôtêin

- Đặc trưng bởi các kiểu cấu trúc không gian của các loại prôtêin

để thực hiện các chức năng sinh học

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.2 Tổng hợp chuỗi polypeptide tại ribosome

II.2.2.1 Giai đoạn họat hóa amino acid

Để tham gia vào quá trình tổng hợp protein các amino acid phải

được họat hóa và gắn vào RNAt Quá trình này xảy ra hai phản ứng, được xúc tác bởi enzyme aminoacyl-adenylat-synthetase

[AMP ~ amino acid] E + P-P

Trong phản ứng thứ nhất này amino acid kết hợp với ATP tạo ra amino acid-AMP và giải phóng pyrophosphat (P-P) Aminoacid-AMP không ở trạng thái tự do mà gắn với enzyme tạo phức linh động

•RNAt mang amino acid sẽ di chuyển đến ribosome để thực hiện

quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide ở đó

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.1.2 Các enzyme

Tham gia xúc tác quá trình tổng hợp protein, có nhiều loại enzyme

- Aminoacyl-adenilat-synthetase là enzyme xúc tác quá trình họat hóa amino acid, phản ứng gắn amino acid vào RNAt

- Transpeptidase: xúc tác phản ứng tạo liên kết peptide để nối các amino acid lại thành chuỗi polypeptide và chuyển dịch chuỗi

polypeptide trong ribosome từ vị trí P sang vị trí A

- Translocase: là enzyme xúc tác quá trình di chuyển của ribosome trên RNAm

Ngoài các enzyme chính này còn có enzyme cắt amino acid mở đầu

ra khỏi chuỗi polypeptide, enzyme xúc tác sự tạo các cấu trúc không gian của protein …

II.2.1.3 Năng lượng

Quá trình tổng hợp protein cần năng lượng Năng lượng cung cấp cho quá trình này là ATP và GTP

- ATP cung cấp năng lượng cho giai đoạn họat hóa amino acid

- GTP cung cấp năng lượng cho giai đoạn tổng hợp chuỗi

polypeptide ở ribosome

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.1.4 Nguyên liệu

Nguyên liệu để tổng hợp protein là các amino acid

Trong số các amino acid có loại amino acid mở đầu là methionine

ở Eucariote và formyl methionine ở Procariote

II.2.1.5 Ribosome

Ribosome là nơi tiến hành tổng hợp chuỗi polypeptide Thành

phần ribosome gồm protein và RNAr Cấu trúc ribosome gồm 2 tiểu thể: tiểu thể lớn và tiểu thể bé Trong ribosome có 2 vùng họat động: vùng A là nơi tiếp nhận các amino acid mới còn vùng P là nơi tạo nên chuỗi polypeptide Ở tiểu thể bé chứa một loại RNAr, trên phân

tử RNAr này có 1 đoạn có thành phần các nucleotide tương ứng bổ sung với đoạn không mã hóa trên RNAm Nhờ đó khi bắt đầu quá trình tổng hợp, RNAm đến gắn vào ribosome và đặt đúng bộ ba mở đầu của nó vào vị trí P nhờ sự liên kết giữa đoạn không mã hóa trên RNAm với đoạn bổ sung trên RNAr

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.1 Các thành phần tham gia tổng hợp protein

II.2.1.1 Nucleic acid

Tham gia vào quá trình tổng hợp protein có các loại nucleic acid với các chức năng khác nhau

- DNA: mang thông tin về cấu trúc phân tử protein theo dạng

mã hóa Mỗi protein được mã hóa trên 1 đoạn DNA, đó là gen

- RNAm: làm nhiệm vụ truyền thông tin về cấu trúc phân tử

protein từ gen sang chuỗi polypeptide

- RNAt: làm nhiệm vụ vận chuyển các amino acid từ các vùng trong tế bào đến ribosome để tiến hành tổng hợp chuỗi polypeptide tại đó Đồng thời nhận biết vị trí bộ ba mã hóa amino acid trên

RNAm để đặt amino acid vào đúng vị trí của nó trên chuỗi

polypeptide

- RNAr: cùng với protein, RNAr cấu tạo nên ribosome, nơi thực hiện quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.1.6 Các yếu tố tham gia tổng hợp protein

* Yếu tố mở đầu Đó là những phân tử protein với chức năng tham gia vào việc kích thích sự mở đầu trong quá trình tổng hợp chuỗi poplypeptide

* Yếu tố kéo dài

Tham gia vào giai đoạn kéo dài có các yếu tố:

- EF-Tu giúp cho RNAtAa đến gắn vào vị trí A của ribosome

- EF-Ts giúp sự giải phóng GDP khỏi phức EF-Tu-GDP

- EF-G xúc tác sự di chuyển của ribosome trên RNAm theo chiều 5’-3’

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.2.2 Giai đoạn mở đầu

Sơ đồ của giai đoạn mở đầu chuỗi polypeptide ở Eucariota

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.2.3 Giai đoạn kéo dài chuỗi polypeptide

Hình 3 Tổng hợp sợi polypeptid ở ribô thể

Sơ đồ giai đoạn kéo dài chuỗi

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.2.4 Giai đoạn kết thúc sự tổng hợp chuỗi polypeptide

Hình 5 Sự gắn acid amin vào tARN tương ứng

II.2 Sinh tổng hợp Protein:

II.2.3 Hoàn thiện phân tử protein

Chuỗi polypeptide được tổng hợp tại ribosome phải qua nhiều biến đổi mới trở thành phân tử protein hoàn thiện Trước hết methionine ở đầu chuỗi bị cắt bỏ nhờ peptidase xúc tác Sau đó từ các nhóm chức trên các amino acid của chuỗi hình thành các liên kết nội phân tử tạo nên

protein có các mức cấu trúc khác nhau

II.2.4 Điều hòa tổng hợp protein

II.2.4.1 Điều hòa âm tính

Điều hòa âm tính là cơ chế điều hòa mà khi không có phức hệ ức chế bám vào operon thì operon mở và tổng hợp protein xảy ra Có 2 hình thức điều hòa theo dạng này là điều hòa cảm ứng âm tính và

điều hòa ức chế âm tính

II.2.4.2 Điều hòa dương tính

Điều hòa dương tính là cơ chế điều hòa tổng hợp protein mà khi có

phức hệ ức chế bám vào operon thì operon mở, quá trình tổng hợp

protein xảy ra

II.3 Sự phân giải protein và amino acid

Ure

Đào thả i

Acid amin

Các ac

id t ươn

g

ứng

II.3.1 Phân giải protein

Thủy phân là con đường phân giải protein phổ biến ở thực vật

và động vật Quá trình thủy phân protein xảy ra tại lysosome, nơi chứa nhiều enzyme thủy phân protein là protease Quá trình thủy

phân xảy ra qua 2 giai đoạn

- Nhờ peptid-peptido hydrolase, protein bị thủy phân thành các đoạn peptid ngắn

- Nhờ peptid-hydrolase thủy phân tiếp các peptid thành amino

acid

Kết quả chung là

•Ở động vật có vú, sự phân giải protein đầu tiên do tác động của

pepsin Tế bào niêm mạc dạ dày tiết ra pepsinogen Nhờ pepsin và HCl của dịch dạ dày, pepsinogen biến đổi thành pepsin họat động và pepsin họat động sẽ thủy phân protein thành amino acid

II.3.2 Phân giải amino acid

Có nhiều con đường phân giải amino acid

II.3.2.1 Khử amine

•Bằng nhiều con đường khác nhau, các amino acid bị khử nhóm amine tạo ra các sản phẩm tương ứng

•Khử amin bằng các enzyme khử Nhờ enzyme khử xúc tác,

amino acid bị khử thành acid tương ứng và giải phóng NH3

Khử amin bằng con đường oxi hóa.Nhờ amino acid oxydase,

amino acid bị oxi hóa để tạo ceto acid tương ứng và NH3

II.3.2 Phân giải amino acid

cơ thể như histamine

II.3.2.3 Chuyển vị amine

Bằng con đường chuyển vị nhóm amine sang cho một cetoacid, amino acid biến đổi thành ceto acid tương ứng, phản ứng nhờ

enzyme vận chuyển nhóm amin xúc tác amino transferase

II.3.2 Phân giải amino acid

II.3.2.4 Sự biến đổi các sản phẩm của quá trình phân giải amino acid

Các đường hướng phân giải amino acid trình bày ở trên đã tạo ra nhiều loại sản phẩm Các sản phẩm này tiếp tục được biến đổi để tạo sản phẩm cuối cùng

- Các chất hữu cơ tiếp tục biến đổi bằng cách oxy hóa như quá trình phân giải acid béo để tạo acetyl-CoA, từ đó tham gia vào chu trình Krebs để phân giải tiếp

- Các amine được biến đổi thành các acid tương ứng sau đó tiếp tục biến đổi như các acid khác

•NH3 tiếp tục biến đổi bằng nhiều con đường để giải độc cho cơ

thể vì NH3 tích lũy nhiều sẽ gây độc

II.3.2 Phân giải amino acid

- Khử amine bằng con đường thủy phân

Nhờ tác dụng của enzyme thủy phân hydrolase, amino acid bị

thủy phân tạo oxiacid tương ứng và NH3

•Ngoài các con đường đó ra, aspartic acid còn bị khử amin bằng con đường khử nội phấn tử nhờ enzyme dezaminase xúc tác

•Sản phẩm của con đường khử amine các amino acid là các loại

acid tương ứng và NH3