Cấu trúc và chức năng của protein

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM KHOA: KHOA HỌC SINH HỌC CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN GVHD: TS.HUỲNH VĂN BIẾT NHĨM 24/05/2023 Thành viên nhóm: Nguyễn Dương Phương Yến_21126593 Huỳnh Thị Diệu_21126032 Nguyễn Ngọc Kim Ngân_21126112 Nguyễn Thị Thuỳ_21126529 Từ Thị Trúc Thư_21126202 Ngô Thị Mỹ Hiền_21126337 Nguyễn Thị Thu Ngân_21126113 24/05/2023 Nội dung chính: •Sơ lược protein •Cấu trúc protein •Chức protein 24/05/2023 Sơ lược protein: Mã di truyền • Mã di truyền trình tự xếp nucleotide axit deoxyribonucleic (ADN ) axit ribônuclêic (ARN ) định trình tự axit amin protein • Trình tự DNA đọc theo ba base sử dụng sợi antisense (khơng mã hóa) làm mạch khn điều khiển tổng hợp RNA • Sợi đối diện sợi sense có trình tự giống RNA • Một khung đọc (ORF) mRNA đánh dấu codon mở đầu • Mã di truyền ba gồm có 64 codon; có 61 codon nhận biết tRNA mã hóa cho 20 loại amino acid phổ biến • Mã di truyền có tính thối hóa phù hợp với “giả thuyết wobble” Francis Crick • Tính phổ biến mã di truyền Ở số sinh vật bào quan, nghĩa codon thay đổi; vd Serine (CUG) Candida albicans, hay tryptophan (UGA) ty thể 24/05/2023 Antisense • Antisense chuỗi DNA khơng mã hóa gen Trong tế bào, DNA đối nghĩa đóng vai trị khuôn mẫu để tạo RNA thông tin (mRNA), RNA đạo q trình tổng hợp protein • DNA phân tử hai sợi Khi DNA đọc để cuối dịch mã thành protein, đọc theo hướng Một chuỗi DNA gọi chuỗi cảm giác bạn đọc theo hướng, cung cấp mã để tạo protein Trong DNA hai sợi, chuỗi cảm giác liên kết với chuỗi DNA đối diện gọi chuỗi đối nghĩa antisense chuỗi khơng mã hóa 24/05/2023 Sơ lược Protein: Mã di truyền 24/05/2023 Giả thuyết wobble: • Giả thuyết lung lay giải thích tượng thối hóa thấy mã di truyền thông qua việc nhận dạng tRNA nhiều codon Giả thuyết lung lay nhà khoa học Francis Crick mô tả lần vào năm 1966 vài năm sau ông giúp khám phá cấu trúc DNA với James Watson • Mỗi tRNA chứa mã ba bazơ bổ sung cho mã hóa mRNA phiên mã Hai cặp cần phải bổ sung để liên kết xảy ra, cặp thứ ba lúc cần bổ sung Đây lung lay hay cịn gọi thối hóa mã di truyền • Vì mRNA tạo thành từ bốn sở nucleotide khác (A, G, U C) codon tạo thành từ ba số bazơ này, nên tồn 64 cấu hình codon Ngồi ra, dự kiến có 64 tRNA 64 axit amin liên kết Tuy nhiên, có 21 axit amin tồn tại, có nghĩa số tRNA phải liên kết nhiều codon cung cấp axit amin cho cấu hình codon khác 24/05/2023 Cấu trúc protein: bậc • Protein gồm đơn vị amino acid; amino acid gồm nhóm amin (NH3+), nhóm carboxyl (COO-), nguyên tử H nhóm R gắn vào carbon trung tâm (αcarbon) • Các amino acid khác nhóm R khác điện tích, tính kị nước phân cực 24/05/2023 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Các amino acid nối với liên kết peptit cấu trúc bậc protein • Trình tự ngắn amino acid = peptide • Peptide chia thành loại phổ biến: + Oligopeptide: dipeptide (tạo amino acid), tripeptide ( tạo amino acid) + Polipeptide: tạo từ amino acid tham gia phản ứng biuret • Trình tự amino acid dài = polypeptide • Liên kết peptit dạng liên kết đôi; quay tự diễn α-carbon đơn vị peptit chuỗi peptit mang tính linh động vững 24/05/2023 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Cấu trúc bậc protein gồm hai thành phần, phần “xương sống” polypeptide giống tất protein • Các nhóm phụ khác • Nhóm NH2 tự đầu bên trái (N-terminus); đầu bên phải nhóm carboxyl (Cterminus) 24/05/2023 10 Tầm quan trọng việc xác định cấu trúc bậc 1: - Phân tích thành phần phân tử có protein nhằm xác định hoạt tính sinh học tính sinh lý protein - Xác định cấu trúc khơng gian phân tử protein,vì hình thành cấu trúc khơng gian có quy luật riêng, dựa vào cấu trúc đồng thời xác định cầu nối, chẳng hạn cầu nối disulfur - Có thể nghiên cứu bệnh lý mức phân tử - Thể mã di truyền mã hố thơng tin chuỗi polypeptide, đó,thể mối quan hệ họ hang lịch sử tiến hoá sinh vật - Từ trật tự amino acid biết tổng hợp nhân tạo protein 24/05/2023 11 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Tương tác amino acid chuỗi polypeptide tạo nên cấu trúc bậc • Các tương tác chủ yếu liên kết: hydro, cầu nối disulfide, tương tác van der Waals, tương tác kị nước, liên kết H nhóm bên, liên kết tĩnh • Các điện tích giống có xu hướng kéo dài chuỗi • yếu tố cấu trúc bậc xoắn α, dạng β đoạn nối (turns) 24/05/2023 12 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Dạng α-helixα-helixhelix - Là dạng cấu trúc phổ biến protein Trung bình có 30% aa protein dạng hình cầu trạng thái - Năm 1960 cấu trúc myoglobin mô tả; Các xoắn α-helix gia cố liên kết hydro aa lân cận với aa liên kết với aa khác - Hầu hết tất aa tham gia cấu trúc α-helix, trừ proline (aa phá vỡ cấu trúc xoắn) - Proline tham gia vào liên kết hydro có cấu trúc hố học dạng vịng • • Dạng α-helixtấm/sợi α-helixβ - Một dạng cấu trúc bậc phổ biến khác protein - Cấu trúc bao gồm chuỗi aa kéo dài protein tương tác liên kết hydro - Các chuỗi xếp cạnh thành dạng gấp nếp với khoảng cách đặn Ao - Nếu hai chuỗi polypeptide xếp hướng cấu trúc β song song; trường hợp ngược lại tạo nên cấu trúc đối song song Phần α-helixnối α-helix(turns) α-helixlà vòng tương đối ngắn cần thiết cho việc gấp protein 24/05/2023 13 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Là dạng cấu trúc không gian ba chiều chuỗi polypeptide gấp lại • Sự phân bố aa khơng gian chi phối phần lớn liên kết khơng cộng hóa trị • Liên kết cộng hóa trị: liên kết disulfide (S-S) cystein • Liên kết khác: tương tác kị nước liên kết hydro • Các aa kị nước thường phân bố phần chuỗi polypeptide giao diện chuỗi polypeptide • Tương tác kị nước đóng vai trị quan trọng cấu trúc bậc bậc protein • Ba dạng cấu trúc bậc chủ yếu protein dạng cầu (globular), dạng sợi (fibrous) protein màng (membrane) 24/05/2023 14 Cấu trúc ba chiều GFP Cấu trúc ba chiều GFP cách GFP phát sáng GFP protein có 238 amino acid, cấu trúc bậc ba bao gồm 11 phiến b xếp thành hình khối trụ, xoắn a chạy dọc lòng che phủ hai đầu khối trụ.  24/05/2023 15 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Protein dạng cầu - Hình dạng chung gần hình cầu - Cấu trúc bậc lysozyme (1974) dạng cầu, vị trí hoạt động nằm sâu túi hình thành nếp gấp • Lysozyme • Lysozyme enzyme phổ biến có nước mắt long trắng trứng • Phá vỡ liên kết glycosyl aa thành phần vách tế bào vi khuẩn • Thường sử dụng sinh học phân tử để phá vỡ tế bào vi khuẩn • Lysozyme lòng trắng trứng gồm chuỗi 129 aa 24/05/2023 16 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Protein α-helixdạng α-helixsợi -helix α-helixĐặc điểm dạng sợi hay dạng que - Họ protein collagen có chuỗi polypeptide dạng xoắn ba sợi (thành phần cấu trúc da, gân, xương) - Các α-keratin dạng xoắn α Các dạng xoắn khác tiêu biểu sợi actin, thành phần cấu tạo khung tế bào 24/05/2023 17 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Protein α-helixmàng α-helixlà lớp protein lớn thứ - Đặc điểm khác biệt chủ yếu với protein hoà tan phụ thuộc vào phân bố aa kị nước - Cấu trúc xoắn xuyên màng (7 lần) dạng protein màng phổ biến protein thụ thể G - Chất điều hồ dẫn truyền qua màng (CFTR) có vùng chức xuyên màng tạo thành kênh ion chloride; hư hỏng protein dẫn đến bệnh xơ nang (cystic fibrosis) -helix α-helixTrình tự bậc protein gấp lại tạo nên cấu trúc xoắn xuyên màng đặc trưng - Thụ thể protein G, ATP synthase 24/05/2023 18 Cấu trúc protein: cấu trúc bậc • Một protein chức gồm hay nhiều chuỗi polypeptide, tạo nên cấu trúc bậc • Các tương tác tạo nên cấu trúc gồm: liên kết peptide, tương tác kị nước, tương tác điện tích liên kết hydro; diễn chuỗi polypeptide • Khái niệm tiểu đơn vị (subunit) chuỗi polypeptide phức hợp • Protein đa dạng kích thước dạng phức hợp, thể qua trọng lượng phân tử số lượng tiểu đơn vị • đơn vị khối lượng phân tử - Da (Dalton) Cấu trúc bậc Hemoglobin 24/05/2023 • Các polypeptide điển hình có khối lượng khoảng 20 – 70 kDa.Khối lượng phân tử trung bình aa 110 • Protein có khối lượng phân tử 20 kDa thường gồm hai hay nhiều vùng chức (domain) • Mỗi vùng chức hình thành trình tự aa 19 liên tục 24/05/2023 20