Đồ án Peptide hoạt tính sinh học

Đồ án Peptide hoạt tính sinh học

Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học LỜI MƠÛ ĐẦU eptit có hoạt tính sinh học (Bioactive peptide) là một lónh vật đang được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Với những tính năng đặc biệt, peptit có hoạt tính sinh học được ứng dụng tất nhiều trong y học và thực phẩm. P Được sự hướng dẫn nhiệt tình của cô Trần Bích Lam, em đã nghiên cứu đề tài Đồ án môn học “Tổng quan về Biopeptide”. Với những cố gắng của bản thân và sự chỉ dẫn ân cần của cô, em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên, đây là một đề tài còn mới mẻ, tài liệu tham khảo chưa nhiều nên còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài này thêm phần hoàn thiện. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn cô Trần Bích Lam, quý thầy cô trong Bộ môn và các bạn rất nhiều. Trang 1 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Chương 1: GIỚI THIỆU eptit là các phân tử sinh học được cấu trúc từ một vài cho đến hàng chục amino axit. Nó là một dạng protein mạch ngắn có chứa ít hơn 50 amino axit. Tuy nhiên, người ta vẫn gọi những phân tử sinh học chứa một lượng không lớn các amino axit là peptit. Liên kết peptit là liên kết giữa đầu – COOH của amino axit này với đầu – NH 2 của amino axit kế tiếp bằng việc loại đi một phân tử nước để tạo thành liên kết: – CO – NH – P Khi một số amino axit liên kết với nhau thông qua liên kết peptit thì tạo ra oligopeptit. Khi có nhều amino axit nối với nhau thì tạo ra chuỗi polypeptit. Một phân tử protein có thể có một, hai hay nhiều chuỗi polypeptit. Trong phân tử protein ngoài liên kết peptit, các amino axit còn liên kết với nhau bằng liên kết disulfid. Liên kết disulfid có vai trò quan trọng trong việc tạo cấu hình không gian cho một số loại protein, đặc biệt các protein có những chức năng sinh học quan trọng như các hoocmon, các kháng thể và một số protein khác. Peptit có tính chất lý hóa không khác nhiều so với amino axit vì đều chứa nhóm – NH 2 và nhóm – COOH tự do. Sự sai khác chủ yếu là do mạch bên R của gốc amino Trang 2 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học axit tham gia trong chuỗi peptit. Chính sự khác nhau giữa các mạch bên R, khác về số lượng và loại amino axit trong peptit làm cho điểm đẳng điện, khối lượng khác nhau. Về mặt hóa học, peptit tham gia các phản ứng đặc trưng của 2 nhóm – NH 2 và – COOH. Liên kết peptit có thể bò bẻ gãy hoàn toàn trong môi trường HCl 6N, ở nhiệt độ 110 0 C, trong 24 giờ hoặc ở trong dung dòch kiềm. Trong điều kiện này, các amino axit được tách ra ở dạng tự do. Đây là công đoạn không thể thiếu được trong phương pháp phân tích đònh lượng amino axit. Để xác đònh trình tự các amino axit, người ta cần gắn hóa chất đánh dấu vào các đầu N và C của amino axit. Thông thường người ta gắn chất dabsylchlorid vào đầu N của peptit. Sau đó tiến hành thủy phân bằng HCl 6N ở 110 0 C trong 24 giờ và tiến hành tách được riêng từng loại amino axit lần lượt theo thứ tự. Kết quả thu được amino axit tự do tách ra và có chứa chất đánh dấu đã được gắn vào đầu N của nó. Các liên kết peptit còn bò cắt bởi các enzym protease. Enzym protease có mặt ở các tế bào và mô làm nhiệm vụ phân giải các phân tử protein. Nhiều peptit có hoạt tính sinh học đặc biệt đang được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn y học. Peptide có hoạt tính sinh học (bioactive peptide/ biologically active peptide) là những peptide mà ngoài giá trò dinh dưỡng chúng còn có một số ảnh hưởng đặc biệt đến chức năng sinh lý của cơ thể. Tính chất này được quy đònh bởi thành phần và thứ tự của các amino acid trong peptide. Mellander (1950) là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ peptide có hoạt tính sinh học khi ông nhận thấy các peptide bò phosphoryl hóa có nguồn gốc từ casein hoạt động như chất mang các chất khoáng. Những nghiên cứu về peptide đã có những bước tiến đáng kể trong vài thập niên gần đây. Những hiểu biết về tác dụng và cơ chế tác dụng của peptide đã làm cho nó ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm đặc biệt trong lónh vực y dược. Ngoài ra, peptide có hoạt tính sinh học còn được sử dụng trong các loại thực phẩm chức năng, nhất là các thực phẩm chức năng có nguồn gốc từ sữa. Trang 3 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Hình1.1: nh hưởng của các peptide có hoạt tính sinh học lên cơ thể Khả năng chữa bệnh của peptit là rất cao. Đến bây giời trên thò trường đã có 9 sản phẩm sử dụng peptit và trên 100 công ty đang sản xuất ra nhiều sản phẩm peptit mới và đưa vào thử nghiệm. • Peptit – hoocmon tham gia vào các quá trình trao đổi chất, vận chuyển thông tin hóa học giữa các tế bào mô và các cơ quan. • Insulin là peptit – hoocmon điển hình, là phân tử khá lớn, có 51 amino axit tạo thành 2 chuỗi polypeptit nối với nhau bằng cầu disulfid (-S-S). Glucagon là một peptit – hoocmon bao gồm 29 amino axit được tổng hợp từ tuyến tụy, có tác động ngược với insulin • Corticotropin là peptit – hoocmon bao gồm 39 amino axit, được tạo ra từ phần trước của tuyến yên, có vai trò kích thích hoạt động của vỏ tuyến thượng thận. Ngoài ra, còn có nhiều loại peptit mạch ngắn có phổ hoạt động rộng. Ví dụ: loại peptit tổng hợp hóa học L. Aspatyl phenylalanin methylester là chất ngọt hơn đường tói hàng trăm lần hiện đang được dùng rộng rãi trong công nghiệp và chế biến thực phẩm để thay thế đường. Peptit mạch ngắn tự nhiên bao gồm 9 amino axit do vùng não dưới đồi tiết ra và dự trữ ở thùy sau tuyến yên, có khả năng kích thích dạ con co bóp hoặc peptit ngắn bradykinin gồm 9 amino axit có tác dụng ức chế hiện tượng sưng tấy các mô. Một peptit ngắn khác là enkephalin được tạo ra ở não bộ là chất có tác dụng giảm đau. Bên cạnh đó còn nhiều loại peptit – hoocmon khác có tác dụng khác nhau đối với hoạt động sống của cơ thể. Trang 4 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Hóa học tổ hợp đã đóng góp rất nhiều cho vấn đề nghiên cứu các peptit có hoạt tính sinh học. Tuy nhiên có một hạn chế rất lớn đối với những peptit có giá trò sinh học vì nhu cầu cuộc sống đòi hỏi một số lượng lớn. Và Primm đã giải quyết được vấn đề này: từ các peptit sinh học có nguồn gốc tự nhiên, bằng phương pháp sinh học và nhiều phương pháp khác, ông đã phát triển chúng với qui mô công nghiệp áp dụng trong các lónh vực như y dược, hóa học chuẩn đoán và thực phẩm nông nghiệp. Bằng cách đó, các peptit tiếp tục được cải tiến để đạt được những tính chất tốt nhất dùng để chữa bệnh. Lợi thế lớn khi dùng peptit cải tiến là do nó có giá trò sinh học rất cao và hạn chế được tính độc. Bên cạnh đó chi phí tổng hợp cũng thấp hơn. Primm đã đưa ra các bước lựa chọn như sau: 1) Phát hiện ra chuỗi nhỏ nhất gây ra ảnh hưởng sinh học bằng cách kiểm tra và tổng hợp từ đoạn bắt đầu của chuỗi peptit. 2) Phát hiện ra cấu hình hoạt động sinh học bằng cách xác đònh cấu tạo và cấu trúc hoạt động liên quan. 3) Sự sắp xếp của peptit chứa trong cấu hình đó bằng sự hỗ trợ của máy tính. 4) Tổng hợp hóa học 5) Đònh giá giá trò sinh học và dược lý, sau đó lập lại bước 3 – 5. Primm đã khai thác từ những hiểu biết về peptit hóa học hiện tại để phát triển, sản xuất và bán độc quyền những peptit được áp dụng trong nhiều lónh vực chữa bệnh như tìm được phân tử peptit mới dùng chữa bệnh HIV hay sự phát triển các chất đối kháng neurokinin… Hiện nay, người ta có thể thu nhận các peptide có hoạt tính sinh học bằng nhiều phương pháp: thủy phân protein (dùng enzyme trực tiếp hoặc thông qua quá trình lên men của vi sinh vật), tổng hợp hóa học, kỹ thuật gen. Gần đây, những cơ sở dữ liệu về trình tự của các amino acid trong peptide có hoạt tính sinh học ngày càng được phát triển, từ đó ta có thể xác đònh những peptide có hoạt tính sinh học tiềm ẩn trong protein. Ngoài ra, do chúng ta đã biết được vò trí thủy phân của các enzyme thủy phân protein như pepsin, trypsin, chymotrypsin, do đó sự giải phóng các peptide có hoạt tính sinh học trong quá trình thủy phân nói chung và tiêu hóa nói riêng là có thể dự đoán được. Trang 5 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Chương 2: CÁC PEPTIDE CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG THỰC PHẨM a có thể phân loại peptide có hoạt tính sinh học theo chức năng của chúng; tuy nhiên hầu hết các chức năng chưa được hiểu rõ về cơ chế tác động của chúng và một peptide lại có thể có nhiều chức năng khác nhau; do đó trong bài này chúng ta sẽ T Trang 6 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học phân loại dựa trên nguồn gốc thực phẩm. Đối với các peptide có hoạt tính sinh học tìm thấy trong mỗi loại thực phẩm chúng ta sẽ nói về những tính chất của chúng. Người ta thường thấy các peptide có hoạt tính sinh học có trong 2 nguồn thực phẩm là sữa và đậu nành. 2.1 SỮA Mặc dù protein của các động vật và thực vật khác có chứa các peptide có hoạt tính sinh học tiềm ẩn (nằm trong protein), nhưng hiện nay protein từ sữa vẫn là nguồn cung cấp peptide có hoạt tính sinh học chính. Sữa có nhiều chất có hoạt tính sinh học và có tác động có lợi nhiều mặt lên cơ thể. Hầu hết protein của sữa có rất ít hoặc không có hoạt tính sinh học khi ở trạng thái ban đầu, tuy nhiên qua quá trình tiêu hóa hoặc thủy phân thì nó giải phóng ra rất nhiều peptide có hoạt tính sinh học. Protein trong sữa bò chiếm khoảng 2.9-5% khối lượng [11]. Protein này bao gồm:  Casein (75-85%), bao gồm:  S α -casein (47-57%)  β -casein (25-35%)  κ -casein (8-15%)  γ -casein (3-7%)  Protein hòa tan (15-25%), thành phần bao gồm: Tên protein Hàm lượng (% tổng khối Kiểu gen Phân tử lượng Ghi chú Trang 7 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học lượngprotein trong sữa) (Da) β -lactoglobulin 7 – 12% A, B, C, D, D r 18.000 Phân tử gồm 162 gốc axit amin α -lactalbumin 2 – 5 A, B 14.200 Phân tử gồm 123 gốc axit amin Proteose-peptone 2 – 4 400 – 40.000 Là sản phẩm thủy phân từ β - casein Immunoglobulin 1,9 – 3,3 IgG 1 , IgG 2 IgA IgM 162.000,152.000 400.000 950.000 Serum-albumin 0,7 – 1,3 66.300 Phân tử gồm 542 gốc axit amin Một số hình tiếp theo sẽ cho chúng ta biết thành phần và thứ tự của các amino acid có trong một vài loại protein có trong sữa. Trong bài này, khi ta nói đến 1 đoạn peptide nào đó, ví dụ đoạn 60-62 của 1S α -cn thì ta có thể nhìn vào hình 2.1 để biết đoạn peptide này có cấu tạo là Met-Glu-Ala, do đó để đơn giản, trong những phần sau ta chỉ cần viết số thứ tự của peptide mà không cần viết công thức của peptide. Trang 8 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Bảng 2.1: Thành phần amino acid của một số loại casein trong sữa (Swaisgood, 1982) Trang 9 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Bảng 2.2: Thành phần amino acid của một số protein hòa tan trong sữa (Whitney và cộng sự, 1976) Amino acid Số gốc amino acid trong Amino acid Số gốc amino acid trong β -LG (kiểu gen A) α -LB (kiểu gen B) β -LG (kiểu gen A) α -LB (kiểu gen B) Asp 11 9 Val 10 6 Asn 5 12 Met 4 1 Thr 8 7 Ile 10 8 Ser 7 7 Leu 22 13 Glu 16 8 Tyr 4 4 Gln 9 5 Phe 4 4 Pro 8 2 Trp 2 4 Gly 3 6 Lys 15 12 Ala 14 3 His 2 3 ½ cys 5 8 Arg 3 1 Trong thành phần của tất cả các casein có hàm lượng các amino acid không phân cực khá cao (35-45%) như Val, Leu, Ile, Pro, Phe. Trong số đó hàm lượng proline là khá cao: 17, 10, 35, 20 gốc proline trong một mol 1S α , 2S α , β , κ -casein (mỗi loại casein này có 199, 207, 209, 169 gốc amino acid trong phân tử). Sự có mặt một lượng lớn proline trong phân tử casein làm cho phân tử casein có rất ít cấu trúc xoắn α và cấu trúc lá xếp β . Điều này làm cho casein dễ bò thủy phân mà không cần phải làm cho nó bò biến tính trước (ví dụ bằng nhiệt hay acid) [11]. Tuy nhiên casein lại chứa rất ít các amino acid chứa lưu huỳnh, điều này làm giảm đi giá trò sinh học của nó. 1S α và β -casein không chứa cysteine hay cystine, trong khi đó 2S α và κ -casein chứa 2 gốc cysteine trong phân tử mà thông thường tồn tại dưới dạng cầu disulphide. Casein, mà đặc biệt là 2S α -casein có rất nhiều Lys, đây là amino acid rất cần thiết mà trong nhiều protein thực vật có rất ít [11]. Trang 10 [...]... 34 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học CÁC PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN PEPTIDE CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC P eptide có hoạt tính sinh học có nhiều ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm Người ta có thể thu nhận được các peptide này bằng nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp có những ưu, nhược điểm riêng và phù hợp cho từng loại peptide 3.1 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HP HÓA HỌC Liên kết peptide được hình thành từ... peptit có hoạt tính sinh học Hình 2.1: Thứ tự amino acid trong α S 1 -casein sữa bò (Swaisgood, 1992) Trang 11 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Hình 2.2: Thứ tự amino acid trong α S 2 -casein sữa bò (Swaisgood, 1992) Trang 12 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Hình 2.3: Thứ tự amino acid trong β -casein sữa bò (Swaisgood, 1992) Trang 13 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Hình... người ta có thể chia peptide có hoạt tính sinh học từ sữa thành nhiều loại [10,16]:  Peptide ảnh hưởng lên hệ thần kinh  Peptide liên kết với khoáng  Peptide điều hòa hệ miễn dòch  Peptide ảnh hưởng đến hệ tuần hoàn Ngoài ra còn có các peptide có các chức năng khác (ví dụ như làm co cơ, chống đông máu… ) nhưng các peptide này chỉ chiếm hàm lượng rất nhỏ hoặc có ảnh hưởng không đáng kể nên không được... trong thành phần của các peptide từ đậu nành Methionine, lysine và tryptophan cũng có tính chất tương tự Khả năng chống oxi hóa của peptide được gia tăng khi có mặt gốc proline trong phân tử, nó là tăng khả năng tương tác với các acid béo chưa no (Dziuba 1999a) Trang 30 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học 2.3 CÁC THỰC PHẨM KHÁC Bảng 2.8: Các peptide có hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ một số... trong tripeptide IC50 của Enalaprilat và Captopril lần lượt là 2.8 và 9.7 nM, tức là hoạt tính rất mạnh Các peptide ức chế ACE có nguồn gốc từ casein gọi là “casokinin” và từ whey gọi là “lactokinin” Có rất nhiều peptide ức chế ACE đã được tìm thấy trong protein thực phẩm, đặc biệt là protein từ sữa Các peptide khác nhau thì thể hiện hoạt tính khác Trang 22 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học nhau... máu (vasoconstrictor)), đồng thời phân hủy bradykinin (một chất có khả năng làm giãn mạch máu (vasodilator)) Chính vì vậy việc ức chế enzyme này sẽ dẫn đến việc chống lại hiện tượng cao huyết áp Trang 19 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Hình 2.5: Hệ renin-angiotensin, sự tương tác giữa các peptide có hoạt tính sinh học với các cơ quan thụ cảm và những ảnh hưởng ACE hoạt động như một dipeptidyl... Peptide điều hòa hệ miễn dòch Một peptide (MITLAIPVNKPGR) có hoạt tính kích thích hoạt động của các bạch cầu Peptide này được tách ra từ quá trình thủy phân protein đậu nành bằng trypsin Nó có nguồn gốc từ phần α ' của β -conglycinin Methionine ở đầu N của peptide cần thiết cho hoạt tính của nó, trong khi đó, amino acid thứ 3 kể từ đầu N lại có ảnh hưởng đến hoạt tính của peptide (Thr < Phe < Trp) Đối... tác dụng khác (ức chế, liên kết, điều hòa…) Trang 26 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Bảng 2.7: Ví dụ về một số peptide có hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ đậu nành Nguồn gốc Soy protein isolate (SPI) Cách thu nhận Dùng proteases: pepsin, papain, và chymotrypsin và 1 số proteases: alcalase, Protamex, và Flavourzyme Peptide Mức độ thủy phân SPI từ 1.7% đến 20.6% Soybean protein concentrate,... sinh học 2.2.1 Peptide ảnh hưởng đến hệ tuần hoàn 2.2.2 Peptide có tính chất chống oxi hóa Một vài amino acid như Tyr, Met, His, Lys và Trp có tính chất chống oxi hóa Các tripeptide có chứa Tyr hoặc Trp ở đầu C thì có hoạt tính dập tắt các gốc tự do rất mạnh, trong khi đó, hoạt tính dập tắt peroxynitrite thì yếu Người ta nhận thấy các peptide có tính chất chống oxi hóa có thể kết hợp với các chất chống... (Mercier và cộng sự 2004) GMP và một số peptide có từ nó đã được biết là có khả năng điều hòa hệ miễn dòch, ví dụ như nó điều hòa việc sản xuất ra kháng thể IgG (Monnai và cộng sự 1998; Manso & Lo pez-Fandino, 2004) Trang 18 Tổng quan về peptit có hoạt tính sinh học Trong nhóm peptide này, ta có thể nói đến một số peptide có khả năng kháng khuẩn Casecidin là một trong những peptide đầu thuộc loại này mà người . peptit có hoạt tính sinh học Chương 2: CÁC PEPTIDE CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TRONG THỰC PHẨM a có thể phân loại peptide có hoạt tính sinh học theo chức năng. Nhiều peptit có hoạt tính sinh học đặc biệt đang được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn y học. Peptide có hoạt tính sinh học (bioactive peptide/ biologically