Chương 1 Axit amin, Protein

BÀI GIẢNG HÓA SINH BÀI MỞ ĐẦU Đối tƣợng, phƣơng pháp, lịch sử nghiên cứu Hóa sinh a) Đối tượng nghiên cứu: cách phân chia Hóa sinh khoa học nghiên cứu sở phân tử sống: thành phần cấu tạo hóa học (Tĩnh hóa sinh), q trình chuyển hóa chất tế bào thể sống (Động hóa sinh), sở hóa học q trình hoạt động sống (Hóa sinh chức năng) Tùy theo đối tượng sinh vật nghiên cứu phân chia thành: Hóa sinh động vật, Hóa sinh thực vật, Hóa sinh vi sinh vật,… b) Phương pháp nghiên cứu Hóa sinh: - Phương pháp truyền thống: hóa học, hóa lí - Phương pháp vật lý đại: nhiễu xạ rơnghen, cộng hưởng từ điện tử, cộng hưởng từ hạt nhân, đồng vị phóng xạ đánh dấu chất,… c) Lịch sử nghiên cứu hóa sinh: Các nghiên cứu hóa sinh cuối kỷ 18 Tuy nhiên, đến cuối kỉ 19 đầu kỉ 20 Hóa sinh trở thành ngành khoa học độc lập dựa thành tựu nghiên cứu Hóa hữu cơ, Sinh lí học, Y học nghành khoa học khác - Nửa đầu kỷ 19: + 1828, Vô-lê (Wohler F.) tổng hợp ure ((NH2)2CO), chứng minh tổng hợp chất hữu thể sống mà không cần “lực sống” + Trong thời kì có nhiều nghiên cứu thành phần hóa học tế bào thực vật, tế bào động vật; tách số enzyme như: amilaza từ hạt lúa mạch nảy mầm, pepsin từ dịch dầy, tripsin từ tuyến tụy - Nửa cuối kỉ 19: Đã có nghiên cứu dẫn liệu cấu trúc axit amin, xacarit, lipit, chất liên kết peptit; bắt đầu có nghiên cứu axit nucleic; q trình chuyển hóa chất thể sống, đặc biệt trình lên men: Năm 1879 Bucne (Buchner E.) đặt thí nghiệm lên men vơ bào - Nửa đầu kỉ 20: Đã đạt nhiều thành tựu Hóa sinh dinh dưỡng, phát số bệnh liên quan dinh dưỡng không đủ chất Phát vitamin, hoocmon xác định vai trò chúng thể Xác định chất hóa học enzyme protein, phản ứng trình lên men oxi hóa sinh học - Đến năm 1950, xác định tính chất chất chủ yếu cấu tạo nên thể sống đường chuyển hóa chúng thể - Từ sau 1950 đến đạt thành tựu đáng kể nghiên cứu cấu trúc phân tử protein, axit nucleic, liên quan cấu trúc chức năng, xây dựng lí TS BÙI XN ĐƠNG Trang BÀI GIẢNG HÓA SINH thuyết chất xúc tác sinh học; đề chế trình tổng hợp protein, axit nucleic chế điều hịa q trình sinh tổng hợp - Trong 20 năm gần tổng hợp số protein có hoạt tính sinh học phương pháp hóa học, cơng nghệ sinh học Ví dụ: insulin protein có hoạt tính hormone (làm giảm đường máu, sử dụng điều trị bệnh đái tháo đường) - Từ năm 1961 - 1966 có hàng loạt cơng trình nghiên cứu cấu trúc phân tử axit nucleic vai trò chúng trình tổng hợp protein Năm 1961 đề mơ hình điều hịa hoạt động gen - Từ năm 1970 bắt đầu nghiên cứu tổng hợp gen phương pháp hóa học lần Khorana tổng hợp polinucleotit sợi, tương ứng với gen tổng hợp ARNvc alanin nấm men Phƣơng hƣớng nhiệm vụ nghiên cứu Hóa sinh Những phương hướng nghiên cứu chủ yếu Hóa sinh học ngày tiếp tục tìm hiểu trình sinh tổng hợp axit nucleic protein, liên quan biến đổi di truyền với q trình bệnh lí; đặc tính trình trao đổi trung gian, chế điều hòa tế bào, chế tác dụng hormone nhằm tiến đến chủ động điều khiển hoạt động q trình sống theo hướng có lợi nhất, nhằm bảo vệ môi sinh, bảo vệ người; mô hình hóa q trình sống, thực q trình sống quy mơ cơng nghiệp, tạo ngày nhiều chế phẩm sinh học, sản phẩm có giá trị để dùng y học, nơng nghiệp, cơng nghiệp Hóa sinh góp phần giải vấn đề quan trọng trồng trọt, chăn nuôi y học Thực trạng tình hình nghiên cứu Hóa sinh Việt nam Ở nước ta, 45 năm qua Hóa sinh có đóng góp định vào lĩnh vực y học, nông, lâm, ngư nghiệp, công nghiệp thực phẩm có số đóng góp cho phát triển Hóa sinh học giới Các kết nghiên cứu hóa sinh nước ta thời gian qua tập trung vào số vấn đề sau: a) Về hóa sinh thực vật: có nghiên cứu điều tra hóa sinh số quan trọng lúa, đỗ tương, lạc loại họ đậu khác nhằm phục vụ việc nâng cao suất, chất lượng dinh dưỡng hạt, nâng cao hiệu sử dụng chúng Mặt khác, có nghiên cứu nhằm nâng cao tính chống chịu trồng quan trọng b) Về Hóa sinh động vật: Các nghiên cứu tập trung phục vụ lai tạo giống bị, tìm hiểu chế số bệnh lợn, gà phương pháp phòng trừ; chế phẩm làm tăng khối lượng thịt lợn, gà chế phẩm làm tăng tính miễn dịch động vật TS BÙI XN ĐƠNG Trang BÀI GIẢNG HĨA SINH Đặc biệt, nghiên cứu theo hướng tách, tinh enzyme, tạo chế phẩm có độ khác nhau, nghiên cứu tính chất, cấu trúc, liên quan cấu trúc hoạt tính sinh học enzyme, khả ứng dụng chế phẩm enzyme thực tế, ví dụ: bromelin (proteaza dứa), pepsin, tripsin chế phẩm pancreatin, glutamilaz vi sinh vật… chủ yếu ứng dụng cơng nghệ thực phẩm, y học Ngồi enzyme, có nghiên cứu số protein có hoạt tính sinh học protein ức chế tripsin c) Xác định tiêu hóa sinh người Việt nam, biến đổi tiêu trạng thái sinh lí, bệnh lí khác tác dụng yếu tố môi trường (chất độc hóa học, xạ siêu cao tần v.v.) + Áp dụng, cải tiến, xây dựng phương pháp kĩ thuật hóa sinh đại, đơn giản, nhanh, phục vụ cho cơng tác xét nghiệm hóa sinh để phịng chữa trị bệnh kịp thời nghiên cứu Những đặc điểm tế bào, thể sống, tƣơng tác thể sống môi trƣờng a) Đặc điểm chung thành phần hóa học thể sống: đặc điểm + Hàm lượng nước lớn: người 58-65%, nhiều loài cá 80%, sứa đến 98% + Thành phần nguyên tố: Trong thể sống tìm thấy 27 số gần 100 nguyên tố biết Các nguyên tố có thành phần hợp chất hữu tế bào thể sống C, H, O, N, P, S Hàm lượng C 43-48%, H: 7%, N: 8-12% Một số nguyên tố dạng ion: Na+, K+, Mg+, Ca+, Cl-, nguyên tố khác (Mn, Fe, Co, Cu, Zn, B, Al, Mo, I, Si, Sn, Cr, F, Se, Vd) với lượng nhỏ, gọi nguyên tố vi lượng Như ta thấy có sai khác rõ rệt thành phần nguyên tố giới sống không sống sau: - Bốn nguyên tố chủ yếu tế bào thể sống C, N, O, H bốn nguyên tố chủ yếu vỏ trái đất O, Si, Al, Fe - Các nguyên tố C N thể sống thường dạng khử, hợp chất hữu phức tạp; cịn mơi trường ngồi hệ thống sống chúng thường tồn dạng hợp chất đơn giản CO2, N2, cacbonat, nitrat, v.v + Các hợp chất hữu thể sống thường có cấu tạo phức tạp, khối lượng phân tử lớn đa dạng Ví dụ: vi khuẩn E Coli nhỏ bé chứa gần 5000 kiểu hợp chất hữu khác nhau, có 3000 protein khác Ở người có đến 100000 loại protein khác chưa tìm thấy protein người hoàn toàn giống với 3000 protein E Coli, protein có chức tương tự TS BÙI XN ĐƠNG Trang BÀI GIẢNG HĨA SINH Trong giới sống có khoảng 1,5 triệu lồi (species), khoảng 1010 - 1012 loại phân tử protein khác khoảng 1010 kiểu phân tử axit nucleic b) Đặc điểm phản ứng hóa học xảy thể sống Hầu hết phản ứng enzyme xúc tác, chúng có số đặc điểm chung sau: đặc điểm - Có thể xảy điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường với tốc độ nhanh gấp hàng trăm, hàng nghìn lần xẩy ngồi thể sống - Nhiều phản ứng khác tiến hành đồng thời phạm vi môi trường định, liên hệ chặt chẽ với theo trình tự xác định - Các phản ứng, q trình chuyển hóa điều hòa nghiêm ngặt theo chế tinh vi phức tạp, sản phẩm phản ứng, sản phẩm trao đổi trung gian đóng vai trị quan trọng chế tự điều hòa c) Sự liên kết chặt chẽ thể sống môi trường Thành phần tế bào thể sống nằm hệ thống liên hệ tương tác chặt chẽ với thiên nhiên môi trường xung quanh Ví dụ chu trình cacbon, chu trình nitơ: + Khí CO2 khí thực vật hấp thụ  động vật  CO2 vào khí Lượng CO2 tỉ người hành tinh thải 2,9 ×1011 kg/năm, tương đương lượng CO2 đốt 115 triệu than Vi khuẩn hơ hấp cịn mạnh người vài trăm lần + N2 khí đưa vào thể sống nhờ vi sinh vật cố định nitơ, chuyển N2 thành dạng nitrit, nitrat, acid amin thực vật Kết trình đồng hóa, dị hóa thể sinh vật, tác dụng vi sinh vật lại tạo thành N2 vào khí d) Sơ lược Hóa sinh dinh dưỡng tình trạng thiếu dinh dưỡng Để đảm bảo cho tế bào thể sống tồn tại, cần có chế độ dinh dưỡng đủ lượng, đủ chất, có tỉ lệ cân đối thành phần dinh dưỡng phần Mỗi chất dinh dưỡng sử dụng cho nhiều q trình khác thể Tuy nhiên vai trò chủ yếu chất lại khác nhau: g lipit cung cấp kcal g protein xacarit cung cấp kcal - protein cần cho trình tăng trưởng - lipit xacarit cung cấp lượng - vitamin nói cách khái quát có vai trị bồi bổ sức khỏe Theo nhiều tài liệu, tương quan protein : lipit : xacarit phần nên 1:1:5 1:1:4 cân đối dinh dưỡng lượng Nếu ăn không đủ lượng không đủ chất dinh dưỡng cần thiết thời gian tương đối dài bị “thiếu dinh dưỡng” TS BÙI XUÂN ĐÔNG Trang BÀI GIẢNG HÓA SINH Theo tổ chức y tế giới có loại bệnh thiếu dinh dưỡng quan trọng là: - thiếu dinh dưỡng protein lượng - bệnh khô mắt thiếu vitamin A - thiếu máu dinh dưỡng thiếu sắt - bệnh biếu cổ địa phương bệnh trí tuệ thiếu iot Đặc biệt, tình trạng thiếu dinh dưỡng phổ biến nước phát triển vấn đề nghiêm trọng quan tâm giải giải pháp nghành: y tế, nông nghiệp giáo dục TS BÙI XN ĐƠNG Trang BÀI GIẢNG HĨA SINH CHƢƠNG I – HÓA SINH AXIT AMIN VÀ PROTEIN 1.1 AXIT AMIN 1.1.1 Cấu tạo hóa học axit amin Protein hợp chất đại phân tử tạo thành từ nhiều đơn phân axit amin Axit amin cấu tạo ba thành phần: nhóm amin (-NH2), hai nhóm cacboxyl (-COOH) cuối nguyên tử cacbon trung tâm đính với nguyên tử hyđro nhóm biến đổi R định tính chất axit amin - Axit amin thực chất axit hữu cơ, nguyên tử hiđro gốc cacbonalpha thay nhóm -NH2 (C - α) - Axit amin dẫn xuất axit hữu cơ, có nguyên tử hydro (đôi nguyên tử H) gốc alkil thay nhóm (-NH2) - Các axit amin thành phần protein axit amin, có cơng thức cấu tạo chung sau: R – gốc hyđrocarbon (mạch thẳng, mạch vịng), gốc R chứa nhóm chức như: -COOH, -NH2, -OH, -SH, - Tuỳ theo nhóm –NH2 đính vào vị trí nguyên tử C gốc R so với gốc – COOH mà ta có α, β, γ… amino axit Cũng tùy theo vị trí đính nhóm –NH2 bên phải hay bên trái ta có axit amin đồng phân L hay D, thường gặp L - Nếu phân tử có nhóm –NH2 gọi monoamin, nhóm –COOH monocacboxyl Nếu phân tử có nhóm –NH2 gọi diamin, nhóm –COOH dicacboxyl - Các axit amin khác mạch bên R - Protein đa dạng hầu hết chúng cấu tạo từ 20 L –α-axit amin Công thức cấu tạo 20 axit amin thành phần protein giới thiệu bảng 1.1 Riêng Prolin nhóm –NH2 gắn với C – α liên kết N-H thay liên kết N-C tạo thành dạng mạch vịng, vậy, có mặt prolin mạch phân tử thường có xu hướng làm gập mạch 1.1.2 Phân loại axit amin Dựa vào cấu tạo tính chất gốc R chia axit amin thành nhóm sau đây: - axit amin chứa gốc R không phân cực hay kị nước - axit amin chứa gốc R phân cực khơng tích điện - axit amin chứa gốc R tích điện âm TS BÙI XN ĐƠNG Trang BÀI GIẢNG HÓA SINH - axit amin chứa gốc R tích điện dương Bảng 1.1 – Cơng thức cấu tạo axit amin thƣờng gặp protein Tên gọi Công thức cấu tạo A - axit amin chứa gốc R không phân cực hay kị nƣớc Alanine (Ala, A) Valine (Val, V) Leucine (Leu, L) Isoleusine (Ile, I) Proline (Pro, P) Phenylalanine (Phe, F) Tryptophan (Trp, W) Metionine (Met, M) B – axit amin chứa gốc R phân cực khơng tích điện Glycine (Gly, G) Serine (Ser, S) Threonine (Thr, T) Tyrosine (Tyr, Y) TS BÙI XN ĐƠNG Trang BÀI GIẢNG HĨA SINH Cysteine (Cys, C) Asparagine (Asn, N) Glutamine (Gln, Q) C – axit amin chứa gốc R tích điện âm Acid asparaginic (Asp, D) Acid glutamic (Glu, E) D – axit amin chứa gốc R tích điện dƣơng Lysine (Lys, K) Arginine (Arg, R) Histidine (His, H) Ngoài 20 axit amin nêu bảng 1.1, số protein cịn chứa số loại axit amin gặp khác hydroxypolin collagen, cacboxylglutamic protrombin, Người ta thấy rằng, có số axit amin khơng diện thành phần cấu tạo protein có mặt thể sống đóng vai trị quan trọng chuyển hóa chất, vai trị nhiều axit amin loại tìm thấy lồi động vật có vú Ornithin, Citrullin, β-Alanin, 1.1.3 Tính chất axit amin a) Tính tan Do có mặt nhóm mang điện tích nên axit amin dễ tan dung môi phân cực nước, rượu Khả tan loại axit amin khác Axit amin không tan dung môi không phân cực benzen, ete, NH3 lỏng dung môi tốt cho axit amin Các axit amin có mặt thành phần cấu tạo protein có khả kết tinh, tinh thể bền nhiệt độ 20÷250C b) Tính hoạt quang TS BÙI XN ĐƠNG Trang BÀI GIẢNG HĨA SINH Trừ glyxin, cịn lại tất axit amin có chứa nguyên tử carbon bất đối nên chúng chất hoạt quang Chúng tồn dạng đồng phân quang học D L Phần lớn axit amin thể sống nằm dạng L, nên dạng L dạng mà thể dễ dàng hấp thụ, thể không hấp thụ nhiều axit amin dạng D, riêng Dmethionine D-phenylalanine thể người hấp thụ Các dạng đồng phân D L axit amin có cấu trúc đối xứng qua gương phẳng E Fisher mô tả dạng đồng phân quang học sau: L – Aminoacid D – Aminoacid Theo kiểu diễn đạt liên kết nết đậm liên kết mặt phẳng nằm ngang hướng phía người đọc, cịn liên kết nét nhỏ liên kết nằm phía (nhóm -COOH) phía (gốc R) mặt phẳng Để thuận tiện hơn, Fisher đề xuất cách diễn đạt khác gọi cơng thức hình chiếu, hóa trị nguyên tử carbon bất đối biểu diễn gạch nối nét nhỏ nhau, vị trí ngun tử nhóm nguyên tử giữ nguyên Ví dụ L-alanine biểu diễn sau: L- alanine Hoạt tính quang học chất liên quan với cấu trúc bất đối nó, hay nói cách khác, vị trí nguyên tử phân tử chất Kết dạng đồng phân quang học có khả xoay mặt phẳng tia sáng phân cực góc định sang trái (-) sang phải (+) c) Tính chất lƣỡng tính Axit amin protein có tính chất lưỡng tính, có nghĩa vừa có tính axit vừa có tính bazơ Theo thuyết Brensted, chất có tính chất axit có khả cho proton, phản ứng với bazơ tạo thành muối Tính chất bazơ thể khả nhận proton, kết hợp với axit tạo thành muối Như vậy, axit amin chứa hai nhóm chức -COOH –NH2 nên chúng có tính điện li lưỡng tính Tùy thuộc vào thay đổi pH mơi trường mà chúng tồn dạng ion khác Ví dụ: phân tử axit amin có chứa nhóm -COOH nhóm -NH2 q trình điện li biểu diễn sau: TS BÙI XUÂN ĐÔNG Trang BÀI GIẢNG HÓA SINH Dạng ưu pH = Dạng ưu pH = 6,2 – Dạng ưu pH = - 10,7 Trong dung dịch, pH trung tính, axit amin tồn chủ yếu dạng ion lưỡng cực (chỉ 1% dạng trung hịa) Ở dạng ion lưỡng cực, nhóm carboxyl bị phân ly, nhóm amin bị proton hóa Trạng thái ion hóa nhóm tùy thuộc vào pH mơi trường Trong mơi trường axit (pH=1) nhóm carboxyl khơng ion hóa nhóm amin dạng proton hóa Ngược lại mơi trường kiềm (pH=11), nhóm carboxyl ion hóa, nhóm amin khơng ion hóa Như vậy, đặt axit amin điện trường tùy thuộc pH mơi trường, di chuyển Katot Anot Ở pH đó, axit amin không di chuyển điện trường, chứng tỏ tổng số điện tích phân tử không, pH gọi pH đẳng điện axit amin, kí hiệu pHi Các axit amin chứa nhóm amin, nhóm carboxyl, mạch bên khơng phân cực (Ala, Val, Leu, Ile) có giá trị pHi = 6, axit amin có nhóm carboxyl (Asp, Glu) pHi vùng axit, ngược lại axit amin kiềm, pHi vùng kiềm (Bảng 1.2) Bảng 1.2 - Giá trị pHi số axit amin Axit amin pHi Asp (D) 2.77 Glu (E) 3.22 Cys (C) 5.07 Ser (S) 5.68 Val (V) 5.96 Gly (G) 5.97 Leu (L) 4.98 Ala (A) 6.02 Ile (I) 6.02 Lys (K) 9.74 Arg (R) 10.76 Tương tự axit amin, protein chất điện li lưỡng tính, phân tử protein cịn có nhiều nhóm phân cực mạch bên (gốc R) axit amin Ví dụ nhóm cacboxyl thứ Asp, Glu, nhóm amin Lys, guanidin Arg, imidazol His, hidroxyl Ser, Thr, Tyr, Trạng thái tích điện nhóm tùy thuộc vào pH mơi trường Ở pH mà tổng số điện tích dương điện tích âm phân tử protein không, phân tử protein không di chuyển điện trường, gọi pHi protein (bảng 1.3) TS BÙI XN ĐƠNG Trang 10 BÀI GIẢNG HĨA SINH để nhận biết Hoặc sử dụng thuốc thử chuyên dụng để xác định trình tự acid amin chuỗi peptide mà việc xác định acid amin điểm đầu điểm cuối chuỗi b) Cấu trúc bậc Sự xếp thích hợp không gian chuỗi polypeptide tạo cấu trúc bậc hai phân tử protein Do nguyên tử Cα quay tự xung quanh trục tạo thành liên kết đồng hóa trị đơn làm cho chuỗi polypeptit có nhiều hình thể Tuy nhiên, điều kiện bình thường (ở pH nhiệt độ thích hợp để protein khơng bị biến tính) protein có cấu trúc hình thể đặc trưng – gọi hình thể tự nhiên (về phương diện động học: hình thể tự nhiên tương ứng với hệ thống bền có tổ chức lượng tự cực tiểu) Trong protein, người ta phát thấy cấu trúc bậc hai chủ yếu sau: +Cấu trúc xoắn ốc: gồm xoắn α (3,6 gốc acid amin); xoắn π (4,4 gốc acid amin) – gặp; xoắn γ (5,2 gốc acid amin) – gặp xoắn 310 (3 gốc acid amin) protein hình cầu +Cấu trúc gấp nếp β: gồm cấu trúc tờ giấy xếp; cấu trúc mặt cong β * Đặc điểm cấu tạo liên kết hóa học cấu trúc xoắn α: Được Pauling Corey đề xuất năm 1951 (hình 1.6) -Đặc điểm cấu tạo: +Cấu trúc xoắn α cấu trúc có trật tự, bền vững, tương tự lị xo +Mỗi vịng xoắn ốc có 3,6 gốc acid amin (18 gốc tạo vịng) +Các ngun tử cacbon α nằm đường sinh hình trụ +Các mạch bên R hướng phía ngồi +Có thể có xoắn α phải xoắn α trái (ngược chiều kim đồng hồ) -Đặc điểm liên kết hóa học: + Xoắc ốc α giữu chặt số liên kết hydro tối đa + Các liên kết hydro gần song song với trục xoắn ốc Liên kết hydro nối kết nhóm –NH- liên kết peptide với nhóm –CO- liên kết peptide thứ kế +Cứ nhóm –CONH- tạo liên kết hydro với nhóm –CONH- khác Như vậy, liên kết peptide tham gia tạo liên kết hydro nên cấu trúc xoắn α có độ bền cao Mật độ liên kết hydro dày đặc nên làm giảm tương tác với phân tử khác (ví như, khơng có liên kết hydro với phân tử nước) Từ đặc điểm liên kết hóa học rút nhận xét: biết cấu trúc bậc một protein dự đốn tỉ lệ xoắn α vị trí cấu trúc xoắn α phân tử protein TS BÙI XUÂN ĐÔNG Trang 24 BÀI GIẢNG HĨA SINH Hình 1.6 - Cấu trúc xoắn α Các axit amin Ala, Leu, Phe, Tyr, Trip, Cys, Met, His, Asn, Glu, Val có khả tạo xoắn α bền axit amin Ser, Ile, Lys, Arg, Thr, Gly tạo xoắn α không bền *Đặc điểm cấu tạo liên kết hóa học cấu trúc gấp nếp β (hình 1.7) - Đặc điểm cấu tạo: + Cấu trúc gấp nếp β cấu trúc hình chữ chi, tương tự tờ giấy gấp nếp +Các mạch peptide song song đối song song (hình 1.8; 1.9) +Các gốc bên R acid amin hoăc mặt phẳng tờ giấy -Đặc điểm liên kết hóa học: + Cấu trúc gấp nếp β tạo thành nhiều liên kết hydro hai chuỗi polypeptide chuỗi peptide bị bẻ gập + Cấu trúc ổn định liên kết hydro gốc –COOH gốc –NH2 sợi polypeptid với sợi + Trong cấu trúc không chứa axit amin Asp, His, Lys, Pro, Ser Có điều tất liên kết peptit tham gia vào hình thành cấu trúc TS BÙI XUÂN ĐƠNG Trang 25 BÀI GIẢNG HĨA SINH Hình 1.7 – Cấu trúc gấp nếp β phân tử protein Hình 1.8 - Cấu trúc gấp nếp song song, chuỗi polypeptid nằm chiều với Hình 1.9 - Cấu trúc gấp nếp đối song song, chuỗi polypeptide nằm ngƣợc chiều với *Cấu trúc mặt cong β Là cấu trúc thường gặp Các chuỗi polypeptide từ gập lại thành cấu hình có góc ổn định nhờ liên kết hydro Có thể coi cấu trúc mặt cong β điểm xuất phát xoắn α với bước xoắn TS BÙI XN ĐƠNG Trang 26 BÀI GIẢNG HĨA SINH Hình 1.10 - Cấu trúc mặt cong β *Cấu trúc hình thể xoắn ngẫu nhiên: Là cấu trúc không xác định, khơng có mặt phẳng lẫn trục đối xứng Cấu trúc hình thành nhóm bên R axit amin có mang điện tích chiếm khơng gian lớn khiến cho chúng tạo cấu trúc xoắn Chuỗi polyizolơxin tạo cấu trúc án ngữ không gian mặt bên c) Cấu trúc bậc Hình 1.11 - Cấu trúc bậc protein – myoglobin - Khái niệm: Chuỗi polypeptide với vùng có cấu trúc bậc xác định (xoắn α, tờ giấp xếp, mặt cong β) xác định (xoắn ngẫu nhiên) xếp lại thành cấu trúc chiều tạo dạng cấu trúc gọi cấu trúc bậc phân tử protein - Đặc điểm cấu tạo: TS BÙI XUÂN ĐÔNG Trang 27 BÀI GIẢNG HÓA SINH Phần lớn protein hình cầu có cấu trúc bậc ba biết, hòa tan nước protein này: +Các gốc acid amin kị nước quay vào phía +Các gốc acid amin ưa nước phân bố bề mặt Các protein khơng hịa tan nước, tan dung mơi hữu khơng phân cực ngược lại: gốc acid amin kị nược quay ngồi, cịn gốc acid amin ưa nước quay vào Ví dụ: myoglobin – là protein hình cầu, có mối quan hệ mật thiết với hemoglobin, tập chung chủ yếu động vật có xương sống Oxy kết hợp với myoglobin phóng thích hemoglobin khơng cịn Myoglobin protein có cấu trúc bậc -Đặc điểm liên kết hóa học: +Sự ổn định phân tử protein có cấu trúc bậc tương tác kị nước +Các liên kết hydro +Các liên kết ion +Liên kết disunfua +Ở vùng có liên kết hydro tương tác với phân tử khác ưa nước Hình 1.12 – Các loại liên kết tham gia cấu trúc bậc protein: – liên kết ion, 2- liên kết hydro, 3- tƣơng tác kị nƣớc, liên kết disunfua d) Cấu trúc bậc - Khái niệm: Các “phần đơn vị” (subunits) có cấu trúc bậc liên hợp lại với liên kết phi đồng hóa trị (liên kết hydro, tương tác tĩnh điện, tương tác kị nước, …) tạo cấu trúc gọi cấu trúc bậc -Đặc điểm: + Các subunits giống không giống xếp chúng không bắt buộc phải đối xứng + Ví dụ: Phân tử hemoglobin (Hb) subunits gồm chuỗi α chuỗi β (α2β2) TS BÙI XN ĐƠNG Trang 28 BÀI GIẢNG HĨA SINH Hình 1.13: Cấu trúc bậc Hemoglobin (huyết sắc tố) Mỗi chuỗi α tiếp xúc với chuỗi β, chuỗi loại có tương tác Dưới tác dụng ure, Hb bị phân ly thuận nghịch sau: α2β2 ↔ 2α + 2β Mỗi chuỗi có nhóm hem, trung tâm để kết hợp với oxy Một phân tử Hb kết hợp với phân tử oxy Khi kết hợp với oxy cấu trúc bậc Hb bị thay đổi: thể tích phân tử giảm, subunits xích lại gần Khi tách oxy thể tích phân tử tăng trở lại 1.2.3 Một số tính chất quan trọng protein a) Khối lƣợng hình dạng phân tử protein Protein có khối lượng phân tử lớn khác nhau: có protein có khối lượng phân tử khoảng 10.000 Dalton, có protein mà khối lượng phân tử lên đến hàng triệu Dalton Bảng 1.4 giới thiệu khối lượng phân tử số protein Có nhiều phương pháp để xác định khối lượng protein như: đo tốc độ lắng với ly tâm siêu tốc, sắc ký cột dây phân tử, điện di, Mỗi phương pháp có đặc điểm ưu việt riêng Tốt nhất, để có giá trị xác, cần kết hợp nhiều phương pháp Về hình dạng, protein chia làm dạng chính: - Hình cầu (hình cầu hình bầu dục): Những protein có tỷ lệ trục dài trục ngắn nhỏ 20, ribonuclease, pepsin, insulin, myoglobin - Hình sợi: Những protein có tỷ lệ trục dài trục ngắn lớn 20 (hoặc nhiều), keratin tóc, fibroin tơ, miozin cơ, Độ nhớt dung dịch protein phụ thuộc vào khối lượng phân tử, hình dạng protein nồng độ chúng Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, độ nhớt dung TS BÙI XUÂN ĐÔNG Trang 29 BÀI GIẢNG HĨA SINH dịch protein hình sợi cao so với protein hình cầu có trọng lượng phân tử nồng độ dung dịch Bảng 1.4 - Khối lƣợng phân tử điểm đẳng điện số protein PROTEIN Khối lƣợng (MW) [Dalton] pI Cytochrome C 13.000 10,6 Ribonuclease 14.000 7,8 Myoglobin ngựa 17.000 7,0 Carboxypeptidase 34.000 6,0 Pepsin 35.500